Method for Optical In-Situ Monitoring of at Least One Layer of Compound Semiconductors Growing on a Substrate

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This invention discloses a method for precise optical in-situ monitoring of at least one growing layer of compound semiconductors on a substrate. Unlike existing techniques that only make rough estimates of important parameters like optical bandgap and surface roughness, this method uses white-light reflection and a special structural equation model to accurately determine several key properties such as layer thickness, surface roughness, refractive index, and absorption coefficient during the production process. This allows for improved correlation with defect density and phase transitions, leading to superior process control in semiconductor manufacturing.

Use CasesContent extracted from patent full text and abstract with AI.

• Real-time quality control in the manufacturing of semiconductor devices
• Process optimization in the growth of compound semiconductor layers for LEDs, lasers, or solar cells
• Advanced research and development of optoelectronic materials
• Inline monitoring in the production of photonic components

BenefitsContent extracted from patent full text and abstract with AI.

• Greater accuracy in characterizing layer properties compared to traditional estimation methods
• Ability to distinguish between changes in refractive index and true surface roughness variations
• Precise determination of optical bandgap and defect density
• Enhanced process control and optimization, reducing material waste and improving device performance
• Facilitates the production of higher-quality optoelectronic devices

Technical Classifications (CPCs)

Inventors & Applicants

Patent Abstract

Die Kristalleigenschaften von komplexen Schichten aus Verbindungshalbleitern mit sehr anspruchsvollen industriellen Herstellungsverfahren definieren deren Güte in opto-elektronischen Anwendungen. Bei bekannten in-situ-Verfahren zur Kontrolle und Regelung von relevanten Schichtparametern werden Werte für die optische Bandlücke und der Oberflächenrauigkeit lediglich abgeschätzt. Eine Unterscheidung zwischen einer Änderung des Brechungindizes und einer wirklichen Änderung der Rauigkeit ist nicht möglich. Auch die optische Bandlücke kann nicht genügend genau bestimmt werden, da der Absorptionskoeffizient nicht extrahiert wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hingegen werden mittels Weißlichtreflexion diese Eigenschaften genau bestimmt und eine optimierte Wachstumsprozessführung auf der Basis von minimierter Lichtabsorption von Defekten und kontrollierten Phasenübergängen wird ermöglicht. Das gemessene Spektrum wird in ein spezielles Strukturgleichungsmodell mit den freien Schichtparametern Schichtdicke, Oberflächenrauigkeit, Brechungsindex, Absorptionskoeffizient eingespeist. Da die Oberflächenrauigkeit mit den kristallinen Phasenübergängen korreliert und aus dem Absorptionskoeffizienten der latente Schichtparameter „Urbach-Energie“ bestimmt wird, welcher als Maß für die Dichte von Defekten innerhalb der Bandlücke und deren Lichtabsorption in der aufgebrachten Schicht dient, erlaubt das Verfahren eine aussagekräftige Korrelation mit Defektdichte und Phasenübergängen und ermöglicht eine völlig neuartige optische in-situ-Prozessführung und -kontrolle des Wachstums von komplexen Verbindungshalbleitern.