Способ определения диффузионной длины неосновных носителей заряда в полупроводниках

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о803259

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 06.09.79 (21) 2819593/18-25 (51) М.Кл. Н 01 Ь 21 66 с присоединением заявки—

Гасударственные комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.О2.82. Бюллетень № 5 (45) Дата опубликования описания 07.02.82 (53) УДК 621.382 (088.8) (:

1 (72) Авторы изобретения

Ю. К. Крутоголов, Л. В. Лебедева, Е. Б. Соколов и С. С. Стрельченко (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ДИФФУЗИОННОЙ ДЛИНЫ

НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА

В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

Изобретеиие относится к полулроводниковой технике и может быть аоспользоваяа для контроля диффузионной длины неосновных;носителей заряда в полувроводниках и- или р-типа проводимости.

Известен способ определения диффунионяой длинны неосновных носителей заряда,в полупроводниках fl), основанный на приведении полупроводника в контакт с электролитом, освещении полулроводяика светом с изменяющейся длиной волны со стороны, противоположной Оереходу полупроводник — электролит, регистращии зависимости фототока через переход полупроводник — электролит от длины волны авета и оп!ределении диффузионной длины неоановных .носителей заряда расчетным путем.

Недостатком этого способа является низкая точность, обусловленная погрешностями, возникающими благодаря рекомбинации носителей заряда на освещаемой поверхности многократному отражению излучения от по верхностей полупроводника.

Известен также способ определения диффузионной длины неосновных носителей заряда в полупроводниках (2), основанный на приведении полупроводника в контакт с электролитом, освещении полупроводника со стороны перехода полупроводник— электролит через электролит светом с .изменяемой длиной волны, .регистрации зависимости фототока через переход полуцро- ( водник — электролит от длины волны света и определении диффузионной длины;неосновных носителей заряда расчетным путем.

Недостатком этого способа является иизкая точность, обусловленная погрешностями, возникающими благодаря много10 кратному отражению авета от,поверхностей полупроводника и неучету поверхностной рекомбинации носителей за ряда.

Целью изобретения является повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в .известном способе, основанном на пркведении полупроводника в контакт с электролитом, освещении полупроводника со

20 стороны перехода полупроводник — электролит через электролит аветом с изменяемой длиной волны,,регистрации завиаимости фототока через переход полупроводник — электролит от длины волны света и

25 определении диффузионной длины неоснов,ных носителей заряда расчетным путем, после освещения через электролит, лолупроводник освещают аветом с изменяемой длиной волны с противоположной переходу

3о полупроводник — электролит стороны и ре&03759

1(л) =1 --+ „()), (2) 25

1,(Л) = А 1+ — ), (1)

1- (L,ф) — = (1 — 0,1ехр (— 2а Т)) 21 ((а . — 1) — 0,32(а! + 1))ехр (— а T) — (; + L) y, 1 — аЧ.-

Lhf

Т (T /Т1

)((1 — nL)exp — — (,= — 1.)(1 + а1.)ехр ), ) +0,32((,- + 1.)(1+а1.)ехр (— ) — (; — L) y, L ь) г) >< (1 — nL)exp — ., ))ехр(— 2аТ) I — а, / Т где М = (. -. + L)exp (— ) + (:—

4) — L)exp гистрнруют зависимость,фототока от,длинны волны света.

На фиг. 1 представлены кривые за висимаспи фототокав Ii (Л) и 1 (Л) через переход полупроводннк — электролит от длины

:волны света Л при освещении через элек11ролит и с противоположной переходу стороны соответственно.

На фиг. 2 представлен график зависимости UI ().) от 1/а(Л), где I> (Л) — фототок через переход электролит — проводник при освещении через электролит; а (Л) —,коэффициент поглощения;

1- ф — эффективная диффузионная длина неасновных .носителей ,заряда в полупроводнике.

На фиг. 3.представлен прафик за висимости 1 (Л) от 1/а(Л), где .4(Л) — фстоток .при освещении со стороны, |противоположной пе,реходу; а (Л) —,коэффициент поглощения;

g — величина, пропорциональная отношению коэффициента диффузни иеасновных носителей за.ряда к скорости aux рекомбинации Sна освещ,аемой noBBpxíîñòè полупроводника.

Сущность способа состоит в следующем.

Спектральная за висимость .фототока через переход электролит †полупроводн при освещении полупроводника сквозь электролит в той области спектра, где ав((l (т. е. 10аэ <1), для полупроводниковых слоев толщиной T))L (т. е. T)10L) описывается следующим выражени ем: где L — величина диффузионной длины неоснавных .носителей заряда;

В предложенном способе учтены влияние |рекомбинации носителей заряда на противоположной по опнашению к переходу стороне полупроводникового образца и а (Л) — коэффициент поглощен ия полупроводника, зависящий от длины волны; и — толщина обедненного слоя полу5 проводника в перехаде;

Т вЂ” обшая толщина полупроводника, А —,коэффи|циент .п рапорциональнос.ти.

Из;выражения (1) 1видно, что график зависимости 1/1 (Л) ст 1/а (Л) есть прямая линия, отсекающая на оси абсцисс величину 1=Х.„ .

При освещении полуправодника монохрсматичесиим излучением со стороны, про15 тнво положнси переходу электролит полупроводник, изменяя длину волны излучения, измеряют спектральную за висимость фототока I (Л) через переход. В спектральном диапазоне, где выполняются условия aT))1 н а1.)>1 (т. е, аТ1)0, oL> 10), фотсток

12 (Л) описывается выражением:

1 где ф = D/S есть отнашение коэффициента днффузии D .неосновных носителей заряда к скорости их рексмзо бинации S íà освещаемой поверхности полупроводника;

 — коэффициент:пропорциональности.

Построив график зависимости 17(Л) от

35 1/а (Л) в указанном спектральном диапазоне,и продли в получившуюся прямую до пересечения с осью абсцисс, на которой отложены значения 1/а (это соответствует случаю, когда левая часть уравнения (2) обра40 щается в,нуль),,определяют величину g, которая равна отрезку, отсеченному указанной .прямой на оси абсцисс. А величину диффузионной длины неасновных носителей заряда L рассчитывают по следующему

45,B blip а жени ю: многократное отражение излучения от поверхности полупроводника.

Пример. Производилось измерение диффузионной длины неасновных носителей заряда в эпитаксиальном слое GaAs р-типа проводимости, выраженном .на подложке

GaP (Ш) В с промежуточным подслоем

Ala,75Gà0,25As. Параметры слоя GaAs концентрация,примеси, толщина, измерен55 ные значения L,@ .и, а также рассчитан803759

IHbIe значения L и ошибка, которая допуэскается при определении L,ио методу, описанному в прототипе. Роль скорости поверхностной рекомбинации S;a случае тетероэпитаксиальных слоев .играет рекомбинация на гетерогранице активный слой GaAs — подслой А1о,75 Оа,25Аз активный слой баАз— подложка Gap. В качестве электролита для указанных полупроводников использовалась деионизаванная дистиллированная вода с удельным .сопротивлением 10 МОм см.

Исследуемую полупроводниковую структуру привели в контакт с электролитом со

"стороны слоя GaAs. Осветили слой GaAs сквозь электролит монохроматически|м излучением .и, изменяя длину волны,излуче ния, измерили спектральную зависимость .фототока 1 (Х), представленную на фиг. 1 (кривая 1). Построили:график зависимости

1// (Х) от 1/а (Х) (см. фиг. 2) . Продлили полученную прямую до пересечения с осью .а бсцисс. Отрезок, отсеченный на оси,абсцисс, соответствует эффективному значению диффузионной длины Lэф в микронах.

Затем осветили слой GaAs через полупрозрачные подложку GaP и подслой Alp,7;

Оаод As, т. е. со стороны, противополож:ной переходу, и, изменяя длину волны .монохроматнческого излучения, измерили спектральную зависимость фототока 12(Х) через переход электролит — полупроводник (см. фиг. 1,,кривая 2). Затем построили гра фик зависим ости 12(Х) от 1/а (Х) (см.

:фиг, 3),,продлив полученную прямую до пересечения с осью абсцисс, по величине отрезка, отсеченного иа оси абсцисс, определим .величину ф в микронах. По известным.значениям 1 эф, g н Т согласно форму.ле (3) апределена величнна L. Ошибку, допущенную прн определении диффузионной .длины по,методу, описанному в прототипе, .э ф :определяем как AL/L= 100%.

Использова.ние п.редложенного способа измерения диффузионной длины;неосновных .носителей заряда позволяет значительно снизить, ошибку измерения ио сравнению с иэзвстным способом за счет учета рекомби нации носителей заряда на противоположной по отношению к переходу стороне полупроводникового образца н |многократного отражения излучения от поверхности, полупроводника. Это позволяет точно производить отработку технологии |выращивания полупроводников и оптимизацию конструкции приборов,,в основе действия которых лежит процесс диффузии неосновных носителей заряда.

Формула изобретения

Способ определения диффузионной длины нвоснавных носителей заряда в manyпроводниках, основанный на првведеныи полупроводника в контакт:с электролитом, 20 освещении полупроводника со стороны перехода полупроводник †электрол через электролит светом с,изменяемой длиной волны, репистрации зависимости фототока через переход полупроводник — электролит

25 от длины волны света и определении диффузионной длины неосновных носителей заряда расчетным путем, о т л.и ч а ю.шийся тем, что, с целью увеличения точности, mocле освещения через электролит, лолулроводник освещают светом с изменяемой длиной волны с пропивоположной переходу полупроводник — электролит стороны н регистрируют за висимость фототока от длины волны света.

Источники информации, принятые во внимание при экспвртнзе:

1. Крутоголов Ю. К. и др. Методы измерения диффузионной длины:неосновных но40 сителей заряда в полупроводниках, ЦНИИ э.лектроника, M., 1976, с. 25.

2. Крутаголав Ю. К. и др. Измерения диффузионной длины неоснавных носителей заряда:в полупроводнике п (или р) -типа

45 п роводимости. Электронная техника, Серия

6 «Материалы>, 1977, вып. 11, с. 90 (ирототил).

863759

Энергия срояоно5, эЮ

0 8 16 фиг. о,он

-05 фиг. У

Составитель Л. Смирнов

Техред Л. Куклина

Корректор С. Файн

Редактор И. Гохфельд

Тип. Хауьк. фил.. пред. «Патент»

Заказ 21/31 Изд. № 105 Тираж 757 Подписное

КПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113О35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5