Способ определения параметров полупроводниковых материалов

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ПАРАМ РОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, основанный на формировании на поверхности образца прозрачного бар ра Шоттки, подаче на барьер Шоттки постоянного напряжения смещения, обучении барьера Шоттки электромагнитным излучением, регистрации фотолюминесценции, отлич ающ и и с я тем, что, с целью обеспечения определения профиля ширины запрещенной зоны и увеличения точности , дополнительно на барьер Щоттки подают переменное напряжение 40-300 мВ с частотой , где ,,gp частота начала выброса носителей из области пространствен ного заряда частота начала перезарядки глубоких центров, и регистрируютспектр близзонной фотолюминесценции , модулированный на частоте U) .

„„яц„„ 936751

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(5П Н 01 1 21/66 е

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ (21 ) 3216270/18-25 (22) 12.12.80 (46) 07.06.83. Бюл. Р 21 (72) A.N.Жмудь, A.Ф.Кравченко, A.Ï.Ñàâ÷åíêî и A.Ñ.Òåðåõîâ (53) 621; 382(088.8) (56) 1. В; Monewar. Hiqh — resolusion composition profilinq of GaAsА1х6а х As d.oublehetего laser нагucturs with photoluminescence, °

J. Appl. Phys., 49, 9 5, р. 2922, 1978.

2. U. Lanqman. АРР1, Phys.

1973, 1, 9 4, 219-221. (54).(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ IIAPAMETР0В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, основанный на формировании на поверхности образца прозрачного барьера Шоттки, подаче на барьер Шоттки постоянного напряжения смещения, обучении барьера Шоттки электромагнитным излучением, регистрации фотолюминесценции, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью -обеспечения определения профиля ширины запрещенной зоны и увеличения точности, дополнительно на барьер Щоттки подают переменное напряжение

40-300 В с частотой пер< Ш(ш МБр гдеи б - частота начала выброса носителеи из области пространствен ного заряда;ып — частота начала перезарядки глубоких центров, и ре гистрируют- спектр близзонной фотолюминесценции, модулированный на частоте Ы .

9367 1

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для контроля параметров полупроводниковых материалов.

Известен способ определения параметров полупроводников (1 1 основанный на измерении спектров фотолюминисценции, при сканировании поверхности косого среза лучом ,лазера.

Недостатком этого способа является низкая точность и сложность.

Известен также способ определения параметров полупроводниковых материалов f2 j, основанный на формировании на поверхности образца прозрачного барьера Шоттки, подаче на барьер Шоттки постоянного напряжения смещения, облучения барьера

Шоттки электромагнитным излучением, регистрации фотолюминесценции.

Недостатком этого способа является его непригодность для определения профиля ширины запрещенной зоны, а также низкая точность.

Целью изобретения является обеспечение определЕния профиля ширины запрещенной зоны и увеличение точности, Цель достигается тем, что в известном способе определения параметров полупроводниковых материалов„ основанном на,формовании на поверхности образца прозрачного барьера

Шоттки, подаче на барьер Шоттки постоянного напряжения смещения, облучении барьера Шоттки электромагнитным излучением, регистрации фотолюминесценции, дополнительно на барьер Шоттки подают переменное напряжения 40-300 мВ в частотой м, ам(мв,где и)з„, - частота начала выброса носителей из области пространственного заряда; pep частота начала перезарядки глубоких центров, и регистрируют спектр близзонной фотолюминесценции, модулированный на частоте с0 .

На чертеже приведена энергетическая диаграмма обратно смещенного барьера Шоттки для материала и-типа проводимости, гдео "- коэффициент поглощения;

0"р — диффузионная длииа неосновных, носителей заряда, d5 (U )- толщина области пространственного заряда, модулированного переменным напря- жением;

4/(U )- толщина области пространств венного заряда, задаваемая постоянным смещением;

Чп — диффузионный потенциал;

g(x)- профиль электрического поля в области пространственного заряда;

Š— уровень Ферми;

Ес — энергия электрона на краю зоны проводимости; энергия электрона на дне валентной зоны;

E(x)- профиль электрического поля при приложении переменного напряжения.

Сущность способа состоит в следующем. Электронно-дырочные пары, генерируемые в области пространственного заряда N(V„), разделяются постоянным электрическим полем и не участвуют в рекомбинационных процессах. В этом случае наблюдается

15 постоянная составляющая фотолюминесценции, идущая со слоя, равного коэффициенту поглощения (oC ") плюс диффузионная длина (L,p) минус область пространственного заряда

20 (ОПЗ ), т.е. Ы "+ Ь р — Ж (Чи), в случае когда ОПЗ меньше коэффициента поглощения Ы . Если на структуру подать переменное напряжение

d V амплитуда которого много меньше постоянного смещения, то электроны и дырки начнут разделяться на расстояние йУ4(Ч ), определяемое амплитудой переменного сигнала.

Таким образом, на фоне постоянной составляющей фотолюминесценции наблюдается переменная составляющая на частоте, с глубины Ф(Чи) задаваемой величиной постоянного смещения, которая регистрируется. Разрез шение по глубине определяется чув ствительностью регистрирующей аппаратуры и может быть меньше 100 А, Если исследуется гетероструктура со встроенным р-и-переходом (гетеролазер, светодиод ), то облучая ее

40 торец и прикладывая переменное и постоянное напряжение смещения получают профиль ширины запрещенной зоны, а следовательно и состав р —или п -области, в зависимости от того, концентрация свободных носителей какой области меньше.

Требование того, чтобы постоянное смещение было много больше пере» менного, связано с точностью пространственного разрешения, задаваемого постоянным смещением.

Толщина области пространственного заряда определяется выражением: ь(Ч+Ча) 6(V+Ча) юпз Tie ïî lee ne 2 Ч ) где V — постоянное смещение;

Ug — диффузионный потенциал; д У - переменное напряжение;

60 заряд электрона; ио — концентрация свободных носителей; — диэлектрическая постоянная.

Из формулы видно, что толщина

65 слоя, модулируемая переменным напря936751

45

Филиал ППП "Патент",, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 жением, будет равна второму члену, а так как постоянным смещением V мы задаем величину шага аФ/=%(Н +

+ yl(V> ) где %(V„) %(V2) - толщина области пространственного заряда для двух соседних точек, то переменный сигнал д l должен модулировать толщину с "% много меньшую, чем величина шага д%, т.е. отношение 2 в процентах будет давать ошиблЮ ку, с которой определено пространственное разрешение.

Верхний предел частоты переменного напряжения определяется вре менем выброса свободных носителей иэ области пространственного заряда. Это время составляет 10

-10

10-"2 с. При превышении этого предела частоты. область пространственного заряда не будет модулироваться, а значит будет отсутствовать переменная составляющая фотолюминесценции.

Нижний предел частоты определяется временем перезарядки глубоких центров. Величина этого времени изменяется от,-10 с и до несколь-2 ких часов в зависимости от природы центра и температуры полупроводника. Если время перезарядки меньше периода переменного сигнала, то в -З0 формирование д Ф будут вносить вклад глубокие центры, что приведет к уменьшению чувствительности способа, а следовательно и уменьшению пространственного разрешения. 35

Пример. Способ проверяют на образцах твердого раствора

=Akxba psc концентрацией свободных носителей заряда 3 10 см >. В ка,честве барьера Шоттки напыляют ни- 4О кель толщиной 300 R и пропусканием 50%. Фотолюминесценцию возбуждают

Не - Ne лаэером через полупрозрачный контакт. На образец подают постоянное смещение обратной полярности от нуля до максимальной величины, которую определяют пробивным напряжением барьера Шоттки и для данной концентрации свободных носителей это напряжение равняется

12 В. Шаг по глубине задается постоянным смещением, расчитывается,по теории Шоттки и составляет 110 A.

Переменное напряжение, прикладываемое к образцу, изменяется от минимального 40 мВ, определяемого чув- 55 ствительностью аппаратуры, до мак:симального. 300 мВ. Положение максимума близзонной фотолюминесценции однозначно определяет ширину запрещенной зоны твердого раствора 60 в каждой точке шага.

Для укаэанных выше величин gepeменного напряжения и шага 100 А ошибВНИИПИ Заказ 6331/1 ка в определении величины пространственного разрешения находится о W по соотношению 100% и составляВ1Х/ ет 10%, 43% и 90% соответственно.

При изменении шага от 100 Й до 300 R ошибка в определении величины пространственного разрешения при тех же значениях амплитуды переменного сигнала уменьшается и составляет

3%, 11%, 23%, т.е. чем больше шаг или меньше пространственное разрешение, тем меньшее влияние оказывает переменное напряжение в определении величины пространственного разрешения.

Измерения проводят на частотах

1 NI"ц,Фср = 600 Гц и ®и и=

= % Гц и показывают, что величина сигнала фотолюмииесценции при фиксированной амплитуде переменного напряжения как на частотах больше

1 МГц, так частотах меньше 20 Гц падает, что для высоких частот связано с постоянной времени схемы

-6

M0, а для низких — с перезарядкой глубоких центров в данном образце.

В интервале частот от 20 Гц до 1 МГц, величина сигнала фотолюминесценции не изменяется.

Данный способ проверяют также на готовых гетеролазерах.

По измеренным величинам ширины запрещенной зоны в каждой точке была построена зависимость E в †f(x), где x — расстояние от поверхности полупроводника, представляющая собой профиль ширины запрещенной эоны.

Иэ этой зависимости был определен градиент .ширины запрещенной зоны, который составляет 10 эВ/мм до глубины 1500 R.

Способ имеет следующие преимущества.

1. Простота способа, заключающаяся в том, что он не требует создания косых шлифов 0,01 ионной имплантации и охлаждения образца с .целью уменьшения диффузионной длины неосновных носителей заряда., 2. Большое пространственное разрешение (100 A.

3. Возможность исследования изменения профиля ширины запрещенной эоны по площади как всей полупроводниковой пластины или выбранного участка, так и готовых приборов.

4. Возможность исследования профиля ширины запрещенной зоны многослойных гетероэпитаксиальных структур со встроенными р -в-переходами— гетеролазеров, светодиодов, фотодиолов, 5 ° Данный способ не разрушает полупроводниковой структуры.

Тираж 703 Подписное