Способ определения диффузионной длины электронов в полупроводниках р-типа проводимости

(51)5 Н 01 1 2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и институт им. тидзе, К.В,Кавоизмерения пар ых материалов. Е., Ргепбсе Т. гогой, 1981, 5 Недостаткотся ограничен вестного способа явля области использовани ОСУДАРСТВЕННЫй КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(56) Павлов Л.П. Методыметров полупроводниковМ.: Высшая школа, 1987.Мдйс ОЯО 11 чег Р,Я 1 еаагб КЮ, - ,1, СгузТ. 6183 - 191. Изобретение относится к полупровод- никовой технике и может быть использовано для измерения параметров полупроводниковых кристаллов и приборных структур на их основе.Большинство существующих способов определения диффузионной длины неравновесных носителей заряда основано на измерении фототока и предполагает наличие контактов на образце.Не требует нанесения контактов способ измерения диффузионной длины электро- нов путем облучения образца светом, где фототок снимается с помощью капли электролита, помещенной на поверхность образ.ЯХ 1711272 А(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИФФУЗИОННОЙ ДЛИН Ы ЭЛ ЕКТРОНО В В ПОЛУПРОВОДНИКАХ р-ТИПАПРОВОДИМОСТИ (57) Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для измерения параметров полупроводниковых кристаллов и приборных структур на их основе. Цель изобретения - обеспечение возможности измерения многослойных структур. Образец получают циркулярно поляризованным светом. Регистрируют люминесцирующее от образца излучение на двух длинах волн. Определяют степень циркулярной поляризации на этих волнах. Рассчитывают диффузионную длину электронов. 2 ил.аай образцами со свободной поверхностью, В частности, этим способом невозможно измерить диффузионную длину электронов воеааай внутренних слоях многослойных структур, находящих широкое применение в полупроводниковой технике. МЦелью изобретения является обеспече- Ы ние возможности измерения многослойных структур.Поверхность исследуемого слоя облучают циркулярйо поляризованным светом с энергией квантов Еп Ея, регистрируют люминесцентное излучение от образца на длинах волн 2 О и к, определяютсоответствующие им степени циркулярной поляризации ро ирк, удовлетворяющих условиям йо 1-макс1, пк 1-мин1, а искомый параметр определяют из соотношения- ная по х величина р является функцией ко ак -рк ро Р т ( ) эффициента поглощения, который зависитот длины волны А. При этом информацию о люминесценции в отсутствие спиновой ре- пространственном распр дсп е елениифотовоз 5 бужденных электронов, установившемся вао, ак - коэффициенты поглощения результате диффузии, дает функция р (1), . света на длинах волн и для Яо илк для данного Выражение зависимости р от длиныаз ов тол инои бмак Обраэца; макс И 4 бин СООтВЕтСтВЕННО МаК- ВОЛНЫ А дЛя ОбраэцОВ тОЛщИНОй симально и минимально допустимые значе- следующее: ния диффузионной длины электронов для одиар. +(2)10, +а 1+т образцов с данной концентрацией легируюгде Тз и О - время жизни и диффузионная щих примесей.На фиг.1 показана блок-схема установ- длина среднего спина оптически ор иентики для измерения р; на фиг.2 - зависимость рованных электронов; степени циркулярной поляризации от длиации от дли- "5 3- скорость поверхностной рекомбинаНа блок-схеме показаны образец 1, ана- Сплошные линии (фиг, ) рассчитаны по лизатор 2 циркулярной поляризации, спек- формуле (2). Сопоставление величины р, трометр, источник 3, 4 циркулярно рассчитанной по формуле(2), с измереннойь 1. поляризованного света, рег регистрирующее экспериментально позволяет определитьпри соблюдении следующих условий. устройство 5. Для определения диффузионной длифф зионной длины Для устранения влияния второи поверэлектронов достаточно провести иести измерение хности образца и обеспечения применимор на двух длинах волн люминюминесценции сти формулы (1) необходимо выполнениеб улярно поля- условия бмаксе При выполнении этого о илк при возбуждении циркуля н им пове хности слоя, при условия можно пренебречь вкладом в люмичем Яо и Ак должны удовлетворятьусловию несценцию электронов, достигших второйДля исключения влияния поверхностПространственная неоднородностьб ии необходимо, чтобы по 30 ве ть бразца была пассивирована.нт а ииэлект онов и ной реком инации не плотности их спи р д и пинап иво иткзависимости верхность оВн енние слои многослойных полупростепе ц РУ Р пени и к ля ной поляризации люми- нутрводниковых структур имеют пассивированнесценции от длины волны (фиг,2). На фиг.2 в треугольникам о ознпассивированной поверхности ( Раницы 35 ОаАз-баААз), а кружками - для свободной на длине волны люминесценции, удовлетвоРЯющей условию ао макс1. При этом на Сущность явления, лежащего в основе величину ро не сказывается диффуя и ф зионный изобретейия, заключается в следу щ б, ается в следующем. отток электронов от поверхности образца,Вероятностью(хд) рекомбинации фото- так как регистрируется в равной мере реб енного электрона на расстоянии х комбинационное излучение электронов, от поверхности в момент времени 1 после ушедших на различные расстоян о его рождения определяется не только в е- верхности. менем жизни г, но и вероятно тт, ероятностью ( 4 Э т Необходимо произвести измерение ок ) ехр(-х /От) того, что за время 1 он продиф- на длине волны люминесценции Ак, удовфундировал на глубину х (О - коэффициент летворяющей условию ак.мин 1. При этомифф зии электронов). При этом Я сказы- на величине рк сказываются как процессы вается не экспоненциальной функцией вре- релаксации в объеме кристалла, так и.дифмени и имеет максимум при некотором с, фузионный отток электронов от поверхнозависящем от х. Таким образом, простран- сти, ственное положение точки рекомбинации Измерение значений р на длинноволопределяют средний интервал времени от новом и коротковолновом участках спектра момента возбуждения электрона до его ре- краевой люминесценции позволяет опредекомбинации в этой точке. лить диффузионную длину свободных элекВ условиях оптической ориентации это тронов в полупроводнике методом, приводит к появлению зависимости степе- основанным на эффекте оптической ор еи нни циркулярной поляризации рекомбинаци- тации электронных спинов. онного излучения р от расстояния х. П р и м е р. Предлагаемый способ реаИзмеряемая на эксперименте интеграль- лизован на эпитаксиальных слоях р-баАз,1711272 5 легированных германием (р=2-5 10 смтолщиной б = 12 мкм.макс 10 мкм, ВХО- дящих в состав структуры ОаАз-баААз, Образец 1 облучают светом криптонового лазера, являющегося источником 4 циркулярно поляризованного излучения, с Д,саб 5 =8525 А ( Еь - 1,65 ЭвЕс 1,49 эВ), поляризованным по правому или левому кругу, через слой ОаААз, прозрачный для излучения с данной длиной волны. Степень циркулярной, поляризации люминесценции 10 ризмеряют с помощью анализатора 2 циркулярной поляризации. Спектрометр 3 служит для выделения нужной области спектра люминесценции.По результатам измерений .15 ро = 0,003 + 0,005 Ло = 905 нм), ао = =659 см 1; рк=0,011 +0,0005(Ло = 825 нм), ак= 15682 см.Диффузионная длина свободных электронов, определенная из соотношения (1), 20 составляет = 3,4 й 1,0 мкм.Формула изобретенияСпособ определения диффузионной длины электронов в полупроводниках р-ти 25 па проводимости путем облучения образца светом и регистрации отклика на него, о т ли ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности измерения многослойных структур, облучение производят циркулярно поляризованным светом с энергией квантов ЕЕц, где Ев - ширина запрещенной зоны, регистрируют люминесцентное излучение образца на длинах волн Яо и Ак, удовлетворяющих соответственно условиямо -макс 1 и Ак анин 1,где Ло и Ак- коэффициенты поглощения на длинах волн Яо и Як соответственно; Ьмакс и Ьин - максимально и минимально допустимые значения диффузионной длины электронов, определяют соответствующие Яо и Ак степени циркулярной поляризации ро и рк, диффузионную длину электронов вычисляют по формуле где Р - степень циркулярной поляризации люминесценции в отсутствие спиновой релаксации,1711272 иг. 2 Составитель И.ПетроваТехред М,Моргентал Корректор М.Демчи дактор И.Шул оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 346 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5