Способ определения эффективной концентрации примесей в полупроводниковых материалах гетеропереходов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВКДЕТЕЛЬСТВУ сфюз СфеетскиаСециалистическикРЕСНУбЛИЮ рц 1001237(22) Заявлено 11.06.81 (21) 3301800/18-25 с присоединением заявки М Н 0121/66 Государственный комитет СССР ио ледам изобретений н открытийДата опубликования описания 28 02 83 В.И.Поляков, П.И.Перов и В.А.Печ,ррвОрдена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ПРИМЕСЕЙ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛАХ ГЕТЕРОПЕРЕХОДОВИзобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для контроля гетероструктур.Известен способ определения эффективной концентрации примесей в полупроводниковых материалах, основанный на измерении зависимости высокочастотной емкости диода Шоттки от напряжения смещения 1 1.Недостатком этого способа является его непригодность для определения эффективной концентрации примесей в материалах гетероперехода,Наиболее близким к предлагаемому является способ определения эффективной концентрации примесей в полупроводниковых материалах гетеропереходов, основанный на измерении зависимости высокочастотной емкости гетероперехода от напряжения смешения 2).Недостатком этого способа является его непригодйость для определения эффективной концентрации примесей колько в одном иэ материалов, составляющих асимметричный гетеропереход.Цель изобретения - расширение области применения способа.Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу определения эфФективной концентрации примесей вполупроводниковых материалах гетеропереходов, основанном на измерении зависимости высокочастотной емкости гетероперехода от напряжениясмещения, дополнительно измеряют зависимость фото-ЭДС насыщения при облучении гетероперехода излучением,энергия квантов Е(А),которого удовлетворяет условию Е 1 л) Ъ Ес, Ъ ЕюЪ.1 Ъугде Ет, Е - ширина запрещенной зоны материалов, образующих гетеропереход,повторно измеряют зависимость фотоЭДС насыщения от напряжения смещения при облучении гетеропереходаизлучением, энергия квантов которого лежит в пределах Е тЕР)бй, аэффективную концентрацию примесейв полупроводниковых материалах гетероперехода определяют расчетным путем по измерительным значениям высокочастотной емкости и фото-ЭДСнасыщения.На чертеже изображена энергетичес.кая зонная диаграмма реального изотипного гетероперехода.На диаграмме обозначены величины 1 О Ч ипотенциалов ( изгибов зон )на границе, напряжение Ч -.=Ч 1 +Ч 2 смещения, падейие напряжения М ина каждом из полупроводников, ширина Еи Е запрещенных зон полупроводников, энергетический раз рыв Ь Е з оны проводимости, э нергети ческий разрыв ДЕЧ валентной зоны; квазиуровни Еи Е ферми, уровень Е ферми в полупроводниковых материалах гетероперехода до приложения напряжения смещения 1 О 11,2 ЕС.а Р 11 ( ) ьЧ ЬЧ саЧ, (2)При этом,как видно из зонной диаграммыВ 91 =йЧ 1 Я, 692-ВЧ 2 ( (3), 1так как д, д 2, а Ес, ДЕч не менЯютсЯ при изменении найряжения смещения,Высокочастотную емкость гетеро- перехода можно записать в виде 1 4 О СС 2вц г. сгде С и С 2 - емкость ОПЗ каждого иэ полупроводников, по определению равные аааа,1Й 1, 02 - величина заряда на включениях последовательно емкостях С 4,С 2. Но при последовательном сбединении емкостейЯ:; а 1=3 й, .Следовательно, из (3-6 ) получаем 5 О 55 1 2 2Ч) Таким образом, зная из эксперименота свц,д 91 и 62Расс:читывают 65Определение эффективной концентрации .примесей (И ) в полупроводниковых 15 материалах гетероперехода производит- ся следующим образом.На гетеропереход подается напряжение смещения 9 и он освещается импульсом света, энергия квантов ко- О торого Е (Л Е 1 э ЕсВ этом случае фото-ЭДС насыщенйя равна (-1(с)и х(Ч 1- Ч 2). Затем гетеропереход освеща"ется импульсом светас Е ) ЕР)Е 1 %25 В этом случае фото-ЭДС насыщения ,(,"Ч 2 %) . Из проведенных двух измерений находятся значения Ч 1 и Ч 2 и при данном напряжении смещения измеряют С ц . Затем измерения емкости и потенцйалов на границе раздела гетероперехода повторяются при изменении напряжения смещения на ве- личину С 1 и С 2 по формулам (4) и (.7) и эффективную кбнцентрацию примесей в полупроводниковых материалах гетероперехода по формуле для Шоттки диодов12, 12 2 С Ч М. = вв - - (8 2 52 Последовательно изменяя напряжение смещения и измеряя изменения высокочастотной емкости В Свц, а также дУ 1, А 12 и используя .формулы 4-7), можно расчитать аС 1 и Ь С 2, а следовательно, и профиль легирования полупроводников гетероперехода.Способ был использован для определения эффективной концентрации примесей в полупроводниковых матерна )пах гетероперехода пСдЯ -йСдзе. При изменении напряжения смещения на вепичину 0,05 В, йУ 1 - 0,036 эВ, 692 в 0,014 эВ. Подставляя измерение значения в формуЛы (4, 7 и 8 ) находим16 -3- 1Й 10 см и й У 10 см З.Саэ сдзеПо сравнению с известным способом определения эффективной концентрации примесей в полупроводниковых материалах гетеропереходов, основанном на измерении зависимости высокочастотной емкости гетерЬперехода от напряжения смеаения, предлагаемый способ позволяет определять эффективную концентрацию примесей в полупроводниковых материалах реального гетеро- перехода независимо от ее величины в каждом из полупроводников. Формула изобретенияСпособ определения эффективной концентрации примесей в полупроводниковых материалах гетеропереходов, основанный на измерении зависимости высокочастотной емкости гетероперехода от напряжения смещения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения способа, дополнительно измеряют зависимость фото-ЭДС насыщения при облучении гетероперехода излучением, энергия квантов Е(Л) которого удовлетворяет условию Е(Л Е 1Е 2, где :Е, , Е - ширина запрещеннойэоны материалов, образующих гетеро- переход, повторно измеряют зависимость фото-ЭДС насыщения от напряжения смещения при облучении гетероперехода излучением, энергия квантов, которого лежит в пределах Й ) Е,(Л )-7 Е 2, а эффективную,концентрацию примесей в по" лупроводниковых материалах гетеро- перехода определяют расчетным путем100137 по измеренным значениям высокочастотной емкости и фото-ЭДС насыщения Источники информации принятые во внимание при экспертизе 1. Блад П., Ормон Да. В. Методы измерения электрических свойствЕсч г, Гю Составитель Л. СмирновРедактор А. Власенко Техред О.Неце Корректор А. Ферен Тирвк 701 ПодписноеГасударственного комитета СССРелам изобретений и открытийсква, З, Раущская наб., д 4/5 иал ППП "Патент", г . Уагород, ул . Проектная,каз 1411/63 ВНИИПИ по д 113035, Мо