Способ определения диффузионной длины электронов в полупроводниках р-типа проводимости
Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для измерения параметров полупроводниковых кристаллов и приборных структур на их основе. Цель изобретения - обеспечение возможности измерения многослойных структур. Образец получают циркулярно поляризованным светом. Регистрируют люминесцирующее от образца излучение на двух длинах волн. Определяют степень циркулярной поляризации на этих волнах. Рассчитывают диффузионную длину электронов.2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (s1)s Н 01 1 21/66
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4718851/25 (22) 17.07.89 (46) 07.02.92. Бюл. М 5 (71) Физико-технический институт им.
А.Ф.Иоффе (72) P.È.Äæèoåâ, P.P.È÷êèòèäçå, К.В.Кавокин и B.Ã.Ôëåéøeð (53) 621.832(088.8) (56) Павлов Л.П. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов.—
М.: Высшая школа, 1987.
Wight D.R;, 0liver P,E., Prentice Т. and
Steward V.W, — J, Cryst. Groroth, 1981, 55, р.
183 — 191.
Изобретение относится к полупровод- никовой технике и может быть использовано для измерения параметров полупроводниковых кристаллов и приборных структур на их основе.
Большинство существующих способов определения диффузионной длины неравновесных носителей заряда основано на измерении фототока и предполагает наличие контактов на образце.
Не требует нанесения контактов способ измерения диффузионной длины электронов путем облучения образца светом, где фототок снимается с помощью капли электролита, помещенной на поверхность образца.
Недостатком известного способа является ограничение области использования
„„Я „„171 1272 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИФФУЗИОННОЙ ДЛИН Ы ЭЛ ЕКТРОНО В В ПОЛУПРОВОДНИKAX р-ТИПАПРОВОДИМОСТИ (57) Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для измерения параметров полупроводниковых кристаллов и приборных структур на их основе. Цель изобретения — обеспечение возможности измерения многослойных структур. Образец получают циркулярно поляризованным светом. Регистрируют люминесцирующее от образца излучение на двух длинах волн. Определяют степень циркулярной поляризации на этих волнах. Рассчитывают диффузионную длину электронов. 2 ил.
-Л образцами со свободной поверхностью, B частности, этим способом невозможно измерить диффузионную длину электронов во и внутренних слоях многослойных структур, находящих широкое применение в полупроводниковой технике. «4
Целью изобретения является обеспечение возможности измерения многослойных структур.
Поверхность исследуемого слоя облучают циркулярйо поляризованным светом с энергией квантов Еп„ Ея, регистрируют люминесцентное излучение от образца на длинах волн ЯО и i4;, определяют соответствующие им степени циркулярной поляризации ро ирк, удовлетворяющих условиям
QpLMamc 1,
1711272 — ная по х величина р является функцией ко1. ак -рк ро P эффициента поглощения, который зависит от длины волны А. При этом информацию о люминесценции в отсутствие спиновой ре- пространственном распр д сп е елениифотовоз5 бужденных электронов, установившемся в ао, к — коэффициенты поглощения результате диффузии, дает функция р (А), - света на длинах волн и для
i иск для данного Выражение зависимости р от длины аз ов тол иной о > Lgggc образца; макс и 4am — соответственно мак- волны А для образцов толщиной симально и минимально допустимые значе- следующее: нив диффузионной длины электронов A/I!I g) p в Я
10, +а 1+$t образцов с данной концентрацией легируюгде Ts u Ls — время жизни и диффузионная щих примесей.
На фиг.1 показана блок-схема установ- длина среднего спина оптически ор ивнти-: ки для измерения р; на фиг.2 — зависимость рованных электронов; степени циркулярной поляризации от длиации от дли- "5 S- скорость поверхностной рекомбинаНа блок-схеме показаны образец 1, ана- Сплошные линии (фиг. ) рассчитаны по лизатор 2 циркулярной поляризации, спек- формуле (2). СОпоставление величины р, трометр, источник
3, 4 циркулярно рассчитанной по формуле (2), с измеренной ьL поляризованного света, рег регистрирующее экспериментально позволяет определить при соблюдении следующих условий. устройство 5.
Для определения диффузионной дли фф зионной длины Для устранения влияния второи поверэлектронов достаточно провести и ести измерение хности образца и обеспечения применимо-. р на двух длинах волн люмин юминесценции сти формулы (1) необходимо выполнение б улярно поля- условия d LMaKc,. При выполнении этого
Ао и Лк при возбуждении циркуля н и м пове хности слоя, при- 25 условия можно пренебречь вкладом в люмичем Ао и Ак должны удовлетворятьусловию несценцию электронов, достигших второй
Для исключения влияния поверхностПространственная неоднородность б ии необходимо, чтобы по30 „хн„„,бр„„, б„, и„,„ „Р,„н, нт а ииэлект онов и ной реком инации не плотности их спи р д и пинап иво иткзависимости верхность о
Вн енние слои многослойных полупростепе ц РУ P пени и к ля ной поляризации люми- нутр водниковых структур имеют пассивированнесценции от длины волны (фиг.2). На фиг.2 треугольникам о озн пассивированной поверхности (границы 35
GaAs-GaAIAs), а кружками — для свободной на длине волны люминесценции, удовлетворяющей условию QQ LMagc 1. При этом на
Сущность явления, лежащего в основе величину ро не сказывается диффу я и ф зионный изобретейия, заключается в следу щ б, ается в следующем. отток электронов от поверхности образца, Вероятностью/(хд) рекомбинации фото- так как регистрируется в равной мере реб енного электрона на расстоянии х комбинационное излучение электронов, от поверхности в момент времени t после ушедших на различные расстоян о его рождения определяется не только в е- верхности. менем жизни г, но и вероятно т т, еровтностью (PD т Необходимо произвести измерение ок
) ехр(-х IDt) того, что за время tон продиф- на длине волны люминесценции Ак, удовфундировал на глубину х (D — коэффициент летворяющей условию акрин 1. При этом ифф зии электронов). При этом W сказы- на величине рк сказываются как процессы вается не экспоненциальной функцией вре- релаксации в объеме кристалла, так и.дифмени и имеет максимум при некотором t фузионный отток электронов от поверхнозависящем от х. Таким образом, простран- сти, ственное положение точки рекомбинации Измерение значений р на длинноволопределяют средний интервал времени от новом и коротковолновом участках спектра момента возбуждения электрона до его ре- краевой люминесценции позволяет опредекомбинации в этой точке. лить диффузионную длину свободных элекВ услбвиях оптической ориентации это тронов в полупроводнике методом, приводит к появлению зависимости степе- основанным на эффекте оптической ор е55 и нни циркулярной поляризации Рекомбинаци- тации электронных спинов. онного излучения р от расстояния х. Пример. Предлагаемый способ реаИзмеряемая на эксперименте интеграль- лизован на эпитаксиальных слоях Р-GaAs, 1711272
L—
@az .1
55 легированных германием (р=2-5 10 см толщиной d = 12 мкм > Ьчак 10 мкм, входящих в состав структуры GaAs-GaAIAs, Образец 1 облучают светом криптонового лазера, являющегося источником 4 циркулярно поляризованного излучения, с Я,ф3в 5
=8525 А (EpI - 1,65 Эв > Eg - 1,49 эВ), поляризованным по правому или левому кругу, через слой GaAIAs, прозрачный для излучения с данной длиной волны. Степень циркулярной, поляризации люминесценции 10 ризмеряют с помощью анализатора 2 циркулярной поляризации. Спектрометр 3 служит для выделения нужной области спектра люминесценции.
По результатам измерений 15
pp = 0,003 0,005 ilo = 905 нм), aD =
=659 см ; рк=0,011 0,0005(30 =825 нм),. ак= 15682 см .
Диффузионная длина свободных электронов, определенная из соотношения (1), 20 составляет L = 3,4 1,0 мкм.
Формула изобретения
Способ определения диффузионной длины электронов в полупроводниках р-ти25 па проводимости путем облучения образца светом и регистрации отклика на него, о т ли ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения многослойных структур, облучение производят циркулярно поляризованным светом с энергией квантов Е > Ея, где Ея — ширина запрещенной зоны, регистрируют люминесцентное излучение образца на длинах волн i и Ак, удовлетворяющих соответственно условиям О -макс « 1 и Ак -мин 1, где Яо и Ак- коэффициенты поглощения на длинах волн Яо иск соответственно; смаке и
4 ин — максимально и минимально допустимые значения диффузионной длины электронов, определяют соответствующие
i и Ак степени циркулярной поляризации ро и рк. диффузионную длину электронов вычисляют по формуле где P — степень циркулярной поляризации люминесценции в отсутствие спиновой релаксации.
1711272
820 340 360
Редактор И.Шулла
Заказ 346 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 г
F (0
Составитель И.Петрова
Техред M.Ìaðãåíòàë Корректор M.äåì÷èê
