Способ определения параметров полупроводниковых материалов

) Н 01 Ь 21/б ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ГОСУДПО ДЕЛ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ФфУФа ц(21) (22) (46 ) 72) 5 л, Р 2 .Ф.Кра С.Тере енко,вП.С53)56) 1 пв 1 г. Нц оГ 11 п Ье 1 его о 1 о 1 пш 9, 9 5 й - гев оГ Оа 1 авегпевсеп р. 29 оп с А 1 х 0 вФги д. А 1978 Рпу я ИЯ ПАРАМЕТЕРИАЛОВ и на почного барьеВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3216270/18-2 12.12,80 07.06.83. Бю А.М.Жмудь А авченко и А, 621; 382(088. 1. В; Мопеда шро в 3.1 3.оп1-х Ав аоиЬ 1 е С Ь р р 1. Раув 4 2. 0. ЬапЧшап, Арр 1,1973, 1, В 4, 219-221.(54).(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕ РОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МА основанный на формирован верхности образца прозрара Шоттки, подаче на барьер Шоттки постоянного напряжения смещения, обучении барьера Шоттки электромагнитным излучением, регистрации фотолюминесценции, о т л и ч а ю - щ и й 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 юперШ(щ Мбр гдето - частота начала выброса носителей из области пространствен ного заряда;ып - частота начала перезарядки глубоких центров, и регистрируют спектр близзонной фото- люминесценции, модулированный на частоте Ы .Изобретение относится к полупроводниковой технике и может бытьиспользовано для контроля параметров полупроводниковых материалов.Известен способ определенияпараметров полупроводников 1 ,основанный на измерении спектровфотолюминисценьии, при сканированииповерхности косого среза лучом,лазера,Недостатком этого способа является низкая точность и сложность,Известен также способ определения параметров полупроводниковыхматериалов 2 , основанный на формировании на поверхности образцапрозрачного барьера Шоттки, подачена барьер Шоттки постоянного напряжения смещения, облучения барьераШоттки электромагнитным излучением,регистрации фотолюминесценции,Недостатком этого способа является его непригодность для определения профиля ширины запрещеннойзоны, а также низкая точность,Целью изобретения является обеспечение определЕния профиля ширинызапрещенной зоны и увеличение точности,Цель достигается тем, что в известном способе определения параметров полупроводниковых материаловоснованном на,формовании на поверхности образца прозрачного барьераШоттки, подаче на барьер Шотткипостоянного напряжения смещения,облучении барьера Шоттки электромагнитным излучением, регистрациифотолюминесценции, дополнительнона барьер Шоттки подают переменноенапряжения 40-300 мВ в частотойм, см(вв,где ыз,- частота начала выброса носителей из областипространственного заряда;ыд,- частота начала перезарядки глубокихцентров, и регистрируют спектрблиззонной фотолюминесценции, модулированный на частоте М,На чертеже приведена энергетическая диаграмма обратно смещенного барьера Шоттки для материалаи-типа проводиЬюсти,гдео "- коэффициент поглощения;Ор - дифФузионная длииа неосновных, носителей заряда,4% (Ч )- толщина области пространственного заряда, модулированного переменным напря-жением;Ф Ч )- толщина области пространстввенного заряда, задаваемаяпостоянным смещением;Чп - диффузионный потенциал;1 Х)- профиль электрического поляв области пространственногозаряда;Е - уровень Фер Ес - энергия электрона на краюзоны проводимости;ЕЧ - энергия электрона на дневалентной зоны;Е(х)- профиль электрического поляпри приложении переменногонапряжения,Сущность способа состоит в следующем.Электронно-дырочные пары, гене 10 рируемые в области пространственного заряда Ю/(Чр), разделяются постоянным электрическим полем и неучаствуют в рекомбинационных процессах. В этом случае наблюдается15 постоянная составляющая фотолюминесценции, идущая со слоя, равногокоэффициенту поглощения 1 Ы "/ плюсдиффузионная длина ,р) минусобласть пространственного зарядаОПЗ ), т.е. Ы + Ь р - Ж 1 Чп), вслучае когда ОПЗ меньше коэффициента поглощения Ы , Если на структуру подать переменное напряжениедЧ амплитуда которого много меньше постоянного смещения, то электроны и дырки начнут разделяться нарасстояние ЬЮ(Ч ), определяемоеамплитудой переменного сигнала.Таким образом, на фоне постояннойсоставляющей фотолюминесценции наблюдается переменная составляющаяна частоте ог, с глубины Ф(Чп) задаваемой величиной постоянного смещения, которая регистрируется. РазреВшение по глубине определяется чувствительностью регистрирующей ап-опаратуры и может быть меньше 100 А.Если исследуется гетероструктурасо встроенным р-и-переходом гетеролазер, светодиод ), то облучая ее40 торец и прикладывая переменное ипостоянное напряжение смещения получают профиль ширины запрещеннойзоны, а следовательно и состав Р -или и -области, в зависимости от того,45 концентрация свободных носителейкакой области меньше,Требование того, чтобы постоянное смещение было много больше переменного, связано с точностью пространственного разрешения, задаваемого постоянным смещением.Толщина области пространственного заряда определяется выражением: ЛЧ+Ча) Е(Ч+ Ча)из- Ре по где пд 2 Ччгде Ч - постоянное смещение;Ча - диффузионный потенциал;д У - переменное напряжение;60 Е - заряд электрона;по - концентрация свободныхносителей;1 - диэлектрическая постоянная,Из формулы видно, что толщина65 слоя, модулируемая переменным напря936751 35 60 Филиал ППП "Патент"г,ужгород,ул.Проектная,4 жением, будет равна второму члену,а так как постоянным смещением Нмы задаем величину шага а%=%(Н ++ Ф(Н 21 где Ф(Ч) и %(Н 21- толщинаобласти пространственного зарядадля двух соседних точек, то переменный сигнал дН должен модулироватьтолщину с"%, много меньшую, чем величина шага д%, т.е. отношениефгв процентах будет давать ошибд%ку, с которой определено пространственное разрешение.Верхний предел частоты переменного напряжения определяется временем выброса свободных носителейиэ области пространственного заряда. Это время составляет 10-1010-"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 глубокихцентров. Величина этого времениизменяется от,-10 с и до несколь ких часов в зависимости от природыцентра и температуры полупроводника. Если время перезарядки меньшепериода переменного сигнала, то в 30Формирование д 9/ будут вносить вкладглубокие центры, что приведет куменьшению чувствительности способа,а следовательно и уменьшению пространственного разрешения.П р и м е р. Способ проверяютна образцах твердого раствора о == А 6 ХЬа Азс концентрацией свободныхносителей заряда 3 101 см 3, В ка,честве барьера Шоттки напыляют никель толщиной 300 Й и пропусканием150. Фотолюминесценцию возбуждаютНе - Бе лаэеромчерез полупрозрач-.ный контакт. На образец подаютпостоянное смещение обратной полярности от нуля до максимальнойвеличины, которую определяют пробивным напряжением барьера Шотткии для данной концентрации свободныхносителей это напряжение равняется12 В, Шаг по глубине задается постоянным смещением, расчитывается:по теории Шоттки и составляет 110 А.Переменное напряжение, прикладываемое к образцу, изменяется от минимального 40 мВ, определяемого чувствительностью аппаратуры, до мак,симального. 300 мВ. Положение максимума близзонной фотолюминесценцииоднозначно определяет ширину запрещенной зоны твердого растворав каждой точке шага.Для,указанных выше величин переменного напряжения и шага 100 А ошибВНИИПИ Заказ 6331/1 ка в определении величины пространственного разрешения находитсяоВ/по соотношению 100 и составляФет 10, 43 и 90 соответственно.При изменении шага от 100 Й до 300 Иошибка в определении величины пространственного разрешения при техже значениях амплитуды переменногосигнала уменьшается и составляет3, 11, 23, т.е,чем больше шагили меньше пространственное разрешение, тем меньшее влияние оказываетпеременное напряжение в определениивеличины пространственного разрешения.Измерения проводят на частотахЩ = 1 МГц,Ф = 600 Гц и %п 1 п== % Гц и показывают, что величинасигнала фотолюмииесценции при Фиксированной амплитуде переменногонапряжения как на частотах больше1 МГц, так частотах меньше 20 Гцпадает, что для высоких частот связано с постоянной времени схемы-610 , а для низких - с перезарядкойглубоких центров в данном образце.В интервале частот от 20 Гц до 1 МГц,величина сигнала фотолюминесценциине изменяется.Данный способ проверяют такжена готовых гетеролазерах,По измеренным величинам ширинызапрещенной зоны в каждой точкебыла построена зависимостьЕ=Е(Х),где Х - расстояние от поверхностиполупроводника, представляющая собойпрофильширины запрещенной эоны.Иэ этой зависимости был определенградиент .ширины запрещенной зоны,который составляет 10 эВ/мм до глубины 1500 М.Способ имеет следующие преимущества.1. Простота способа, заключающаяся в том, что он не требует создания косых шлифов 0,01 ионнойимплантации и охлаждения образца с.целью уменьшения диффузионной длины неосновных носителей заряда.,2. Большое пространственноеразрешение (100 А.3. Возможность исследованияизменения 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 -о-переходами -гетеролазеров, светодиодов, Фотодиолов.5Данный способ не разрушаетполупроводниковой структуры.Тираж 703 Подписное