Способ контроля ловушек неосновных носителей заряда в полупроводниках

 

СОО3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„ЯО„„ИО5873

3(51) " 01 L 21 6

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ; тем гтероюура (C) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2811893/18-25 (22) 03 09 79 (46) 30., 05.83., Бюл. N 20 (72) В.Я, Принц (71) Институт физики полупроводников

СО AH СССР (53) 621 ° 382(088.8) (56) 1, I Pigara "Иinor1ty carr1er

trap measurements in Schottky barriers

on n-tupe LPE (aAs. Pev. de Physique

Appl 12, 1819 (1977}.

2. (.М. Martin and A. Mirua. Investigation of minority deep lerels

by a new optical method; Proc. Iut.

Conf; of ()allium ArsenieI. Just. Phys.

Conf .ñåð.33 а,1977; р.73 (прототип), (54)(57) 1. СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЛОВУНЕК

НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯ)1А В ПОЛУПРОВОДНИКАХ, основанный на создании диода Ноттки, приложении к нему напряжения обратного смец)ения и измерении при различных температурах релаксации барьерной емкости диода, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упроц)ения способа и повышения его точности, перед измерением релаксации барьерной емкости пропускают через диод в прямом направлении прямоугольный импульс тока с плотностью большей, чем пороговая плотность начала заполнения ловушек неосновными носителями заряда, но меньшей, чем плотность тока, приводяц)ая к неоЬратимым изменениям в диоде, и длительностью, оЬеспечивающей насыщение амплитуды релаксации.

805873

Способ по и. 1, о т л и ч а ю- явлению релаксации барьерной емкости щ и и с .я тем, что пороговую плот- после пропускания прямоугольного имность тока для каждого полупроводни- пульса тока в прямом направлении. через кового соединения определяют по по- диод с барьером Шоттки.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для контроля параметров ловушек в полупроводниковых материалах.

Известен спосоЬ контроля ловушек неосновных носителей заряда в полупроводниках 1 g, основанный на создании диода с полупрозрачным барьером

Воттки, приложении к нему напряжения обратного смещения, измерении при различных температурах релаксации барьерной емкости диода после освещения импульсом поглощаемого света с интенсивностью и длительностью, обеспечивающими заполнение ловушек неосновными носителями заряда.

Недостатком этого способа являет ся его сложность, оЬусловленная необходимостью использования сложной аппаратуры, в частности оптического криостата и импульсного источника монохроматического света. Другим недостатком этого способа является низкая точность при контроле ловушек, находящихся в обьеме полупроводника.

Известен также способ контроля ловушек неосновных носителей заряда в полупроводниках (2 ), основанный на создании диода Ыоттки, приложении к нему напряжения обратного смещения и измерении при различных температурах релаксации барьерной емкости диода.

Недостатком этого способа является его сложность, обусловленная необходимостью использования сложной аппа- 35 ратуры, в частности лазера и оптического криостата для низких и в том числе гелиевых температур.

Другим недостатком является низ- 4о кая точность при контроле ловушек, у которых скорость оптического возбуждения мала.

Целью изоЬретения является упрощение способа и повышение его точ- 45 ности, 2

Цель достигается тем, что при реализации известного способа контроля ловушек неосновных носителей заряда в полупроводниках, основанном на создании диода Шоттки, приложении к нему напряжения обратного смещения и измерении при различных температурах релаксации барьерной емкости диода, перед измерением релаксации барьерной емкости пропускают через диод в прямом направлении прямоугольный импульс тока с плотностью большей, чем пороговая плотность начала заполнения ловушек неосновными носителями заряда, но меньшей, чем плотность тока, приводящая к необратимым изменениям в диоде, и длительностью, обеспечивающей насыщение амплитуды релаксации, а также тем, что пороговую плотность тока для каждого полупроводникового соединения определяют по появлению релаксации Ьарьерной емкости после пропускания прямоугольного импульса тока в прямом направлении через диод с барьером Ыоттки. сущность способа заключается в следующем.

При пропускании через диод с Ьарьером Шоттки на ь -полупроводнике импульса тока с плотностью выше пороговой происходит заполнение дырочных ловушек в оЬласти полупроводника под барьером Лоттки. (Пороговая плотность тока для диодов с барьером

Шоттки на арсениде галлия 100 А см 2.

Для заполнения ловушек достаточно длительности 1 мкс ).

Заполнение ловушек дырками происходит благодаря инжекции дырок иэ металла в полупроводнике при пропускании импульса тока большой величины.

На чертеже представлены графики

С(1 )-С(t. зависимости величины 2 от температуры, полученные для n-Qahg

I и = 2 101 смЪри t„= 10 2С, 2= з 8058

7 10 С предложенным (сплошная линия) и известным способами, где C(t) и С(2) - величины барьерной емкости в моменты времени t и t>, Е Н

1 2 1 1

Н - экстремальные значения зависимости °

Пример. Исследования ловушек неосновных носителей заряда выполнены на (aAs, A I()aAs, (aAsP и-и+ - структурах с барьером Шоттки íà и -слое. 10

Концентрация электронов в и --слоях арсенидкалиевых структур (всего 30 структур ) изменяется от 4. 10 "Э см до

5-10 см . Концентрация электронов в (5 -Э исследованных и -слоях А66аАь, GaAsP

10 -10 см . Барьеры Шоттки создаются

15» (6 -3 как напылением А1, Ао; Аи в вакууме

10 -10 бмм рт.ст., так и электрохими-6 ческим осаждением N из электролита на основе М!50,), Площадь барьеров

0,5 мм . Способ создания барьеров

Шоттки не влияет на результаты измерений. Ири приложении к диоду с барьером Шоттки обратного смещения образовывается область обеднения, барь- 2 ерная емкость которой измеряется высокочастотным (7 мГц ) емкостным мостом. Барьерная емкость в диодах с ба:рьером Шоттки на и-QaAs практически не изменяется со времени после при30 ложения к диоду обратного напряжения, если через диод предварительно не пропускается импульс прямого тока. Ес" ли же в прямом направлении через диод Шоттки пропускается импульс тока с длительностью 10 мкс и плотностью порядка 100 А/см2, то после окончания импульса регистрируются емкостные релаксации, емкость уменьшается со временем, что свидетельствует о тепловом выбросе дырок из ловушек. Причем время и амплитуда релаксациЙ совпадают с теми, которые наблюдаются после освещения полупроводника мощным импульсом света из примесной области по спосоЬу, выбранному в качест 45 ве прототипа. Периодическое заполнение ловушек дырками производится с помощью генератора прямоугольных импульсов типа Г5-7А. Ири периодичес- ком заполнении ловушек носителями 5() заряда отфильтровываются емкостные релаксации с заданной постоянной времени при плавном изменении температуры диода. фильтрацию осуществляют путем измерения относительной разв зависимости от ницы температуры, где С(1 ) и С (t>) - величины Ьарьерной емкости в моменты времени t2 и 6 после окончания токо1 вого импульса, Профиль относительной разности 2 1 как функция темС пературы дает как относительную концентрацию уровней, так и энергию активации.

Зависимость, записанная на одной из пленок n -(aAs, выращенной газофа" зовой эпитаксией, представлена на чертеже.

Сплошной линией представлена запись, полученная с использованием предлагаемого спосоЬа, а пунктирной линией - с использованием спосоЬа прототипа.

Меньшая амплитуда пика Н> в записи по спосоЬу прототипа связана с недостатком способа прототипа, заключающегося в том, что возможность правильной регистрации ловушки зависит от скорости оптического возЬуждения ловушки. Так уровень железа в п-((аАз вовсе не регистрируется.

В предлагаемом способе данный недостаток отсутствует, что проверяется при изучении уровня железа в v-йаАз.

Энергия активации уровней Н и Н2

1 определяется на основании нескольких измерений с различными 1и 2. Уровень Н 1 имеет энергию активации

0,42 эВ, а уровень Н2 - 0,6 эВ.

Преимуществами способа являются его простота, возможность исследования ловушек в полупроводниках с прямой и непрямой зоной, в полупроводниках с различной шириной запрещенной зоны, возможность исследования ловушек в готовых приборах, содержащих диоды с барьером Шоттки °

Составитель Л. Смирнов

Редактор П. Горькова Техред С.)"(игунова Корректор А, Ноах

Заказ 6662/3 Тираж 703 Подписное .

ВНИИИИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035с ((осквас )((-35с Раушская Hab.ñ 8. 4/5 филиал ПИИ "Патент", г. ужгород, ул, Проектная, 4