Способ определения содержания разупорядоченной фазы в кристаллах полупроводников

 

Использование: изобретение относится к области контроля параметров полупроводниковых материалов и может быть использовано для определения содержания разупорядоченной фазы в кристаллах полупроводников. Сущность изобретения: регистрируют спектры комбинационного рассеяния света (КРС) на фононах. При направлении волнового вектора падающего света вдоль оптической оси, поляризации перпендикулярно этой оси и регистрации рассеянного излучения при той же поляризации в обратном направлении, регистрируют линию КРС A₁ - L0. Второй спектр КРС получают при направлении волнового вектора падающего излучения перпендикулярно оптической оси с поляризацией в направлении оси и регистрации рассеянного излучения в направлении, перпендикулярном как направлению волнового вектора падающего света, так и оптической оси, с поляризацией, совпадающей с направлением волнового вектора падающего света. При этом регистрируют линию КРС E₁ - L0. Измеряют затем полуширину указанных линий и вычисляют уширение, обусловленное наличием разупорядоченной фазы и ее количеством. 1 ил.

Изобретение относится к области контроля параметров полупроводниковых материалов, используемых в приборах полупроводниковой оптоэлектроники.

Известен способ определения содержания разупорядоченной фазы с помощью рентгеновского двухкристального спектрометра, в котором монохроматический диафрагмированный пучок рентгеновского излучения дифрагирует на кристалле, а приемник регистрирует распределение интенсивностей рефлексов, обусловленных различными кристаллическими модификациями [1].

Недостатком аналога является невозможность одновременного исследования достаточно протяженных областей образца без его перемещения, так как ее наличие фиксируется не непосредственно, а путем определения количества всех других компонентов (например, кубической, гексагональной, тригональной и т. д.) и определение содержания разупорядоченной фазы как разности между принимаемым за единицу содержанием всех фазовых компонент и измеренными с определенной погрешностью относительными концентрациями различных упорядоченных фаз. Серьезными недостатками аналога являются, кроме того, необходимость прецизионного ориентирования образца и использование дорогостоящей и являющейся источником ионизирующего излучения рентгеновской техники, требующей обработки результатов измерений.

Известен способ [2], который заключается в освещении ориентированного образца поляризованным светом, регистрации спектров экситонного отражения, измерении расщепления поляризованных компонент этих спектров и определении содержания разупорядоченной фазы из сравнения полученного расщепления с расщеплением поляризованных компонент структурно чистого образца того же состава по известной зависимости расщепления компоненты от содержания разупорядоченной фазы.

Недостатком способа является недостаточная достоверность, обусловленная тем, что о количественном содержании разупорядоченной фазы судят по расщеплению поляризованных линий экситонного отражения, в то время как в указанное расщепление могут вносить вклад и политипы, не относящиеся к разупорядоченной фазе, что дает завышенную оценку содержания разупорядоченной фазы еще и потому, что информация о расщеплении линий экситонного отражения получается в слое кристалла не более 10 мкм вблизи поверхности, в котором при обработке увеличивается содержание разупорядоченной фазы.

Известен также принятый за прототип способ определения содержания разупорядоченной фазы в кристаллах полупроводников (Ge, Si, GaAs), в котором ориентированный образец облучают лазерным излучением и регистрируют спектры обратного комбинационного рассеяния света (КРС) на фононах, а о наличии разупорядоченной фазы в кристалле судят по ширине и форме LO и ТО линий [3].

Однако этот способ не позволяет определить количественное содеpжание разупорядоченной фазы, а только выявляет ее присутствие.

Цель изобретения - осуществление возможности количественного определения содержания разупорядоченной фазы.

Цель достигается тем, что в известном способе, включающем облучение полированного ориентированного образца монохроматическим электромагнитным излучением с энергией кванта меньшей ширины запрещенной зоны, регистрацию спектров обратного комбинационного рассеяния на фононах и определение наличия разупорядоченной фазы на основе сравнения ширины LO-линий спектра, образец приготавливают в виде параллелепипеда с ориентацией оптической оси параллельно его ребру, а о наличии разупорядоченной фазы судят по сравнению с линией А₁-LO и E₁-LO комбинационного рассеяния света, причем линию A₁-LO получают при направлении волнового вектора падающего света вдоль оптической оси, поляризации перпендикулярно этой оси и регистрации рассеянного излучения в обратном направлении при той же поляризации, а линию Е₁-LO при направлении волнового вектора падающего излучения перпендикулярно оптической оси с поляризацией вдоль этой оси и регистрации рассеянного излучения в направлении, перпендикулярном оптической оси и направлению падающего излучения при поляризации соответствующей направлению волнового вектора падающего света, а содержание разупорядоченной фазы определяют из соотношения Δ Г = 3,2[α (1- α )]^2/3, где Δ Г - разность полуширины измеренных линий; α - содержание разупорядоченной фазы.

Способ поясняется чертежом, где 1 - линия A₁-LO спектра КРС, а 2 - линия Е₁-LO.

П р и м е р. Исследовалось содержание разупорядоченной фазы в кристаллах Zn_1-xMg_xS (x = 0,056). Был изготовлен образец в форме параллелепипеда, оптическая ось совпадала с одним из ребер. Грани были химически отполированы. Для возбуждения спектров комбинационного рассеяния используют Аг-лазер ЛГМ-503, возбуждение осуществляют λ = 4880А.

Первый спектр КРС регистрируют при направлении волнового вектора падающего света вдоль оптической оси с поляризацией перпендикулярно этой оси и регистрации рассеянного излучения в обратном направлении. Второй - при направлении волнового вектора падающего света перпендикулярно оптической оси с поляризацией перпендикулярно этой оси и регистрации рассеянного излучения в направлении, перпендикулярном оптической оси и направлению падающего излучения, при поляризации, соответствующей направлению волнового вектора падающего света. Для регистрации спектров используют рамановский спектрометр Spex-Ramalog (USA). Температура кристалла составляет 300К. Полуширину линий комбинационного рассеяния света измеряют по спектрам, приведенным на чертеже. Кривая 1 представляет собой линию комбинационного рассеяния A₁-LO, кривая 2 - E₁-LO соответственно. Полуширина линий измерялась на уровне, отмеченном пунктиром.

Измерения полуширины дали следующие результаты: Г₁ = 3,40 см^-1; Г₂ = 3,16 см^-1. Было вычислено уширение Δ Г = 0,24± ± 0,04 см^-1 и по формуле Δ Г = 3,2[ α (1- -α )]^2/3 определено содержание разупорядоченной фазы, α = 0,980± 0,005.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ РАЗУПОРЯДОЧЕННОЙ ФАЗЫ В КРИСТАЛЛАХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ, включающий облучение полированного ориентированного образца монохроматическим электромагнитным излучением с энергией кванта, меньшей ширины запрещенной зоны, регистрацию спектров обратного комбинационного рассеяния на фононах и определение наличия разупорядоченной фазы на основе сравнения ширины LO линий спектра, отличающийся тем, что, с целью осуществления возможности количественного определения содержания разупорядоченной фазы, образец изготавливают в виде параллелепипеда с ориентацией оптической оси параллельно одному из его ребер, о наличии разупорядоченной фазы судят на основе сравнения спектральных линий A₁ - LO и E₁ - LO, причем линию спектра A₁ - LO получают при направлении волнового вектора падающего света параллельно оптической оси, поляризации перпендикулярно этой оси и регистрации рассеянного излучения при этой же поляризации, линию E₁ - LO получают при направлении волнового вектора падающего излучения перпендикулярно оптической оси, поляризации параллельно этой оси и регистрации рассеянного излучения в направлении, перпендикулярном оптической оси и волновому вектору падающего излучения, и поляризации, параллельной направлению волнового вектора падающего излучения, а содержание разупорядоченной фазы определяют из соотношения Δ Г = 3,2 [α(1-α)]^{2 / 3} , где Δ Г - разность полуширины измеренных линий, см^-1; α - содержание разупорядоченной фазы.

РИСУНКИ

Рисунок 1