Способ измерения скоростиповерхностной рекомбинации
О П И С А Н И Е „, уфдв
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.05.78 (21) 2639851/18-25 с присоединением заявки Ме (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.01.81. Бюллетень Ме 1 (45) Дата опубликования описания 07.01.81 (51) М,клз
G 01 R 31/26
Гасударственный комитет
СССР (53) УДК 621.382.2 (088.8) по делам изобретений н открытий (72) Авторы изобретения
В. К. Малютенко, В. И. Пипа, С. С. Болгов и В. И. Чайкин
Институт полупроводников АН Украинской ССР (71) Заявитель
1 ! (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ
ПОВЕРХНОСТНОЙ РЕКОМБИ НАЦИИ
Изобретение относится к способам исследования физических свойств фотолюминесцирующих полупроводников и может быть использовано в производстве полупроводниковых приборов при изготовлении приемников фотоизлучения, лазеров на твердом теле и фотолюминесцентных материалов.
Известен способ измерения скорости поверхностной рекомбинации, который заклю- 10 чается в изготовлении омических контактов к образцу, предназначенных для приложения к нему электрического поля, измерении спектральной зависимости коэффициента поглощения света вблизи края фун- 15 да ментального поглощения, измерении спектральной зависимости фотопроводимости и вычислении значения скорости поверхности рекомбинации по формуле, содержащей результаты графической обработ- 20 ки результатов измерений (1).
Способ трудоемок, требует изготовления специальных образцов и не дает возможности определять величину скорости поверхностной рекомбинации в узкозонных полу- 25 проводниках с высокой концентрацией носителей при комнатной температуре из-за низкой фоточувствительности таких материалов, а также измерить скорость поверхностной рекомбинации на двух противопо- 30 ложных гранях полупроводникового образца в едином цикле измерений.
Известен способ, основанный на измерении спектров возбуждения примесной. фотолюминесценции в области собственного поглощения, включает в себя измерение спектральной зависимости фотолюминесценции и зависимости интенсивности излучения в максимуме полосы от коэффициента поглощения возбуждающего света, построение из этих зависимостей зависимости отношения интенсивности люминесценции к интенсивности возбуждающего света и вычисление интересующего параметра по формуле (2). Способ обладает теми же недостатками, что и первый, и имеет низкую точность.
Наиболее близким к изобретению является способ, включающий изготовление омических контактов к образцу, установку образца в магнитном поле, создание в нем электрического поля меняющейся напряженности, причем векторное произведение электрического и магнитного полей перпендикулярно поверхности исследуемого образца, фокусировку рекомбинационного излучения и возбуждающего света с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны, измерение зависимости сигнала люминесценции с освещаемой поверхности об794566 г
4 разца от величины напряженности электрического поля одной полярности в постоянном магнитном поле. Кроме того, он включает измерение амплитудного значения сигнала фотолюминесценции при отсутствии электрического и магнитного полей и вычисление скорости поверхностной рекомбинации неравновесных носителей заряда на освещаемой поверхности образца по формуле (3).
Недостатком этого способа является то, что он также не позволяет измерять скорость поверхностной рекомбинации на противоположных поверхностях образца в едином цикле измерений, и для выполнения этих измерений необходимо производить перечисленные операции дважды (для одной и другой поверхности).
Целью изобретения является упрощение способа измерения и обеспечение возможности измерения параметра на обеих поверхностях образца в едином цикле. чб 0 где G— безразмерная генерация неравновесных пар носителей; безразмерное поле, соответствующее максимальным значениям сигналов фотолюминесценции; квантовый выход; функция, зависящая от у; безразмерная скорость поверхностной рекомбинации на освещаемой поверхности; безразмерная скорость поверхностной рекомбинации на неосвещаемой поверхности. гмакс
1—
F (а)—
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему изготовление омических контактов к образцу, установку образца в магнитном поле, создание в нем электрического поля меняющейся напряженности, причем направление векторного произведения электрического и магнитного полей перпендикулярно поверхности исследуемого образца, фокусировку рекомбинационного излучения и возбуждающего света с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны, измерение зависимости сигнала фотолюминесценции с освещаемой поверхности образца от величины напряженности электрического поля одной полярности в постоянном магнитном поле, дополнительно чередуют полярность электрического поля, измеряют указанную зависимость одновременно с неосвещаемой поверхности образца, регистрируют значения напряженностей электрических полей, соответствующих максимальным значениям сигналов люминесценции, и вычисляют параметр по формуле:
Указанные величины связаны следующими соотношениями: ()= 1/2
1/2 г
5, Vnà (2,— 3 у
x ä4d
l(a) =,; n = 4а"(; +1 г
ЕК f d (2xq)a g j 2mnmpEg (kT cnk 1 mn+m /
q x " (max—
2ckT
И
1=— у г
8+d gd
D D N
20 где g — размерная скорость генерации неравновесных пар; т„, т„— эффективная масса электронов и дырок соответственно;
h — постоянная Планка;
25 с — скорость света;
k — коэффициент Больцмана; у — безразмерное поле; р„— подвижность электронов;
O — коэффициент биполярной диффузии;
n — показатель преломления материала;
Eg — ширина запрещенной зоны;
Т вЂ” температура;
35 Š— напряженность электрического поля;
N — концентрация нескомпенсированных примесей;
S — размерная скорость поверхност40 ной рекомбинации;
И вЂ” напряженность магнитного поля;
q — заряд электрона;
L †диффузионн длина;
d — толщина образца.
45 На чертеже изображена схема реализации предлагаемого способа. Схема содержит исследуемый образец 1, снабженный омическими контактами и выводами, полюса 2 электромагнита, источник 3 возбужда50 ющего света, фокусирующие линзы 4 и 5, приемник б сигнала фотолюминесценции.
Последовательность операций при осуществлении данного способа следующая.
Исследуемый образец 1, снабженный
55 омическими контактами и выводами, с помощью которых в нем создается электрическое поле, помещается между полюсами
2 электромагнита, причем направление векторного произведения электрического и
60 магнитного полей перпендикулярно поверхности образца 1. Возбуждающий свет от источника 3 попадает на поверхность образца через фокусирующую линзу 4. Излучение от поверхностей (освещаемой и не65 освещаемой) фокусируется линзами 5 ц
794566
45
5 регистрируется приемниками 6 сигналов фотолюминесценции.
В полупроводниковой пластине, помещенной в скрещенные электрическое и магнитное поля, под действием возбуждающего света возникают неравновесные пары электрон — дырка, на которые действует сила Лоренца. В зависимости от направления силы Лоренца, которое в данном способе изменяется за счет приложения электрического поля чередующейся полярности, замедляется или ускоряется поток неравновесных носителей в объем образца с поверхности. В результате в том случае, когда неравновесные пары электрон — дырка аккумулируются вблизи освещаемой поверхности, самопоглощение рекомбинационного излучения падает, а значит интенсивность сигнала фотолюминесценции с освещаемой поверхности образца растет с увеличением напряженности электрического поля при постоянной величине напряженности магнитного поля. При некоторой величине напряженности электрического поля наблюдается максимум сигнала фотолюминесценции. Когда меняется полярность электрического поля, происходит концентрация неравновесных пар вблизи неосвещаемой поверхности образца и наблюдается аналогичная зависимость сигнала фотолюминесценции с неосвещаемой поверхности образца. По указанным зависимостям сигналов фотолюминесценции от напряженности электрического поля определяют скорость поверхностной рекомбинации на освещаемой и неосвещаемой поверхностях образца.
Ьлагодаря измерению зависимости сигнала фотолюминесценции от величины напряженности электрического поля одновременно с освещаемой и неосвещаемой поверхностей образца, что достигается чередованием полярности электрического поля и использованием двух приемников сигналов фотолюминесценции, упрощается способ измерений и появляется возможность измерения интересующего параметра на обеих поверхностях образца в едином цикле, когда исключается необходимость переворачивать образец.
Формула изобретения
Способ измерения скорости поверхностной рекомбинации неравновесных носите25
Зо
40 лей заряда, включающий изготовление омических контактов к образцу, установку образца в магнитном поле, создание в нем электрического поля меняющейся напряженности, причем направление векторного произведения электрического и магнитного полей перпендикулярно поверхности исследуемого образца, фокусировку рекомбинационного излучения и возбуждающего света с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны, измерение зависимости сигнала фотолюминесценции с освещаемой поверхности образца от величины напряженности электрического поля одной полярности в постоянном магнитном поле, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и обеспечения возможности измерения параметра на обеих поверхностях образца в едином цикле, чередуют полярность электрического поля, измеряют указанную зависимость одновременно с неосвещаемой поверхности образца, регистрируют значения напряженностей электрических полей, соответствующих максимальным значениям сигналов люминесценции, и вычисляют параметр по формуле: ч/ 6 где G — скорость генерации неравновесных пар носителей; у,„, — безразмерное поле, соответствующее максимальным значениям сигналов фотолюминесценции;
13 — квантовый выход;
F(a) — функция, зависящая от <р;
S — скорость поверхностной рекомбинации на освещаемой поверхности;
S+ — скорость поверхностной рекомбинации на неосвещаемой поверхности.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Петрусевич В. А, Физика твердого тела. 1961, Т. 3, вып. 6, с. 1268.
2. Пека Г. П. и др. Определение рекомбинационных параметров полупроводников из спектров возбуждения фотолюминесценции. 1975, т. 9, вып. 10, с. 1920 — 1924.
3. Патент ГДР № 84687, кл. 21е 31/26, 1971 (прототип).
794566
Составитель Ю. Брызгалов
Техред А. Камышникова Корректор А. Галахова
Редактор )К. Рожкова
Типография, пр. Сапунова, 2
Заказ 525/14 Изд. Мз 136 Тираж 749 Подписное
НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5
