Способ оптического контроля однородности состава твердого раствора на основе полупроводников
Изобретение относится к полупроводниковому приборостроению, в частности к способам определения параметров материалов, используемых в полупроводниковых светофильтрах, лазерных электронно-лучевых трубках, фотодиодах и полупроводниковых лазерах. Сущность изобретения заключается в том, что согласно способу осуществляют регистрацию спектра экситонного отражения или люминесценции от кристаллографически эквивалентных поверхностей от разных точек образца, определяют величину сдвига экситонных линий и путем сравнения полученного значения с полушириной линии экситонного поглощения эталонного образца, имеющего один из крайних составов исследуемого образца, контролируют однородность состава для любых полупроводниковых материалов. Однородным по составу считается образец, величина сдвига экситонной линии в спектрах которого не превышает полуширины линии экситонного поглощения эталона.
Изобретение относится к области полупроводникового приборостроения, в частности к способам контроля параметров материалов, применяемых в полупроводниковых оптических фильтрах, лазерных электронно-лучевых трубках (ЛЭЛТ), полупроводниковых лазерах, фотодиодах и фотосопротивлениях. Известен оптический способ определения неоднородности состава по спектру стимулированного излучения, в котором кристалл в форме диска диаметром 50-60 мм и толщиной в несколько десятых миллиметра наклеивается на сапфировую подложку в форме диска большего диаметра и толщиной 8-10 мм, после чего помещается в электронно-лучевую трубку в качестве экрана. Электронный пучок создает стимулированное излучение, которое может быть использовано для проекции изображения на экране разной площади, неоднородность состава проявляется в изменении цвета изображения или в отсутствии генерации. Недостатком аналога является необходимость приготовления специальных образцов, представляющих по существу лазерную электронно-лучевую трубку, и использование дорогостоящего оборудования для получения генерации. Известен способ взятый за прототип, в котором об однородности полупроводникового материала судят по явлению катодолюминесценции. В этом способе кристалл, помещенный на хладопровод, охлаждаемый жидким гелием, подвергается облучению электронным пучком, при этом спектр излучения регистрируется при помощи спектрального прибора и по постоянству длины волны или по анализу формы спектральной линии судят об однородности материала. Недостатком прототипа является необходимость применения дорогостоящего вакуумного оборудования для получения спектров катодолюминесценции и изготовления образцов специальной формы. Применение способа осложняется также достаточно сложной структурой спектров катодолюминесценции, что требует отдельной операции - идентификации основных переходов, выделения спектральных особенностей, в которых может проявляться неоднородность состава. Целью изобретения является упрощение способа и повышение экспрессности контроля. Сущность изобретения заключается в том, что однородность образца приводит к различному положению характерных линий экситонного поглощения на экситонном спектре, полученного от разных точек. Как известно, положение этой линии однозначно связано с составом материала. При изменении состава полупроводникового соединения происходит изменение его зонной структуры и спектров экситонного отражения. Для определения однородности образца полупроводникового материала исследуемый образец, грани которого химически отполированы или являются естественными сколами, помещаются в оптическую установку, позволяющую регистрировать спектры экситонного отражения и регистрируют спектры при освещении различных точек граней образца светом с энергией фотонов не меньшей, чем ширина запрещенной зоны материала. Далее вычисляют сдвиг экситонных линий отражения и определяют его максимальное значение для разных точек. Эта величина сравнивается с полушириной линии экситонного поглощения. Если сдвиг линии экситонного отражения не превосходит полуширины линии поглощения, кристалл имеет однородный состав, если сдвиг превышает полуширину, кристалл неоднороден. П р и м е р. Контролировалась степень однородности состава твердого раствора ZnxCd1-xS. Образец представляет собой трехгранную призму с основанием в форме правильного треугольника боковыми гранями, являющимися естественными сколами и верхним торцом неправильной формы. Регистрируют спектр экситонной люминесценции от одной из боковых граней. Спектры от разных точек ее поверхности повторяют друг друга. Регистрируют спектры от разных точек других боковых граней, которые, судя по характерным углам между ними, представляют собой вместе с первой боковой гранью, кристаллографически эквивалентные грани (1120), (1210), (2110) гексагонального кристалла. Вблизи общего ребра этих боковых граней спектр люминесценции изменяется. Сдвиг характерной линии экситонной люминесценции составляет 2 нм. При сравнении величины сдвига с полушириной линии экситонного поглощения эталонного образца с предельным для данного материала составом СdS, равной 
0,2 нм, было установлено, что она превышается. Следовательно, состав неоднороден. Предлагаемый способ позволяет осуществлять контроль однородности полупроводниковых материалов без их специальной обработки, кроме того является более простым и быстрым по сравнению с прототипом. (56) Ахекян А. М. и др. Твердые растворы в качестве активной среды ЛЭЛТ. - Препринт N 145, ФИАН 1989. Ахекян А. М. и др. Монокристаллы твердых растворов ZnSe1-xTeх, ZnxCd1-xSe, XnxCd1-xS для лазеров с накачкой электронным пучком. - Квантовая электроника, 1985, N 5, 12, с. 1113-1115.
Формула изобретения
СПОСОБ ОПТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ОДНОРОДНОСТИ СОСТАВА ТВЕРДОГО РАСТВОРА НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ, включающий облучение электромагнитным излучением химически полированных поверхностей исследуемого образца или его ествественных сколов в различных точках, регистрацию энергетических спектров, их сравнение и контроль однородности материала на основе этого сравнения, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения экспрессности контроля, осуществляют облучение кристаллографически эквивалентных поверхностей исследуемого образца с энергией квантов, не меньшей ширины запрещенной зоны исследуемого полупроводника, регистрируют спектры экситонного отражения или люминесценции, выделяют на спектрах характеристическую линию экситонного поглощения или люминесценции, определяют величину ее сдвига и сравнивают ее с полушириной линии экситонного поглощения эталонного образца, имеющего состав исходного соединения, а однородным по составу считают образец, величина сдвига характеристической линии которого не превышает полуширины линии экситонного поглощения эталонного образца.MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000
Извещение опубликовано: 10.11.2000
