Способ определения диффузионной длины неосновных носителей заряда в полупроводниках

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОиУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оц 803759 Союз Советских Социалистических Республик.О 2.82. Б о делам изобре и открытии ата опубликования описания 07.02.8 2) Авторы изобретени олов Ю. К. Крутогол и(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИффУЗИОННОЙ ДЛИНЫ ЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАР В ПОЛУПРОВОДНИКАХэлектролит через электролит светом с,изменяемой длиной волны, регистрации зависимости фототока через переход полуцро-водник - электролит от длины волны света 5 и определении диффузионной длины;неосновных носителей заряда расчетным путем,Недостатком этого способа являешьсяиизкая точность, обусловленная потрешностями, возникающими благодаря много- О кратному отражению света от,поверхностейполупроводника и неучету поверхностнойрекомбинации носителей заряда.Целью изобретения является повышениеточности. Поставленная цель достигаетсяв известном способе, основанном наденни полупроводника в контакттролитом, освещении полупроводнстороны перехода полупроводниктролит через электролит светом с имой длиной волнырегистрациимости фототока через переход полник - электролит от длины волныопределении диффузионной длины,ных носителей заряда расчетнььмпосле освещения через электролипроводник освещают аветом с нзмдлиной волны с противоположной иполупроводник - электролит стор Изобретеиие относится к аолулроводниковой технике и может быть использовано для контроля диффузионной длины неосновиых;носителей заряда в полувроводниках и- или р-типа проводимости.Известен способ определения диффузионной длины неосновных носителей заряда,в полупроводниках 111, основанный на приведении . полувроводника в контакт с электролитом, освещении полупроводника светом с изменяющейся длиной волны со стороны, противоположной аереходу полупроводник - электролит, регистращии зависимости фототока через переход полупроводник - электролит от длины волны света и определении диффузионной длины неооновных .носителей заряда расчетным пуНедостатком этого способа является низкая точность, обусловленная погрешностями, возникающими благодаря рекомбинации носителей заряда на освещаемой поверхности многократному отражению излучения от поверхностей полупроводника.Известен также способ определения диффузионной длины неосновных носителей заряда в полупроводниках 121, основанный на приведении полупроводника в контакт с электролитом, освещении полупроводника со стороны перехода полупроводник -тем, чтопрявес элекика со- элек- зманяе- завиаи- улроводсвета и неосновпутем,т, лолуеняемой ереходу оны и ре(Тгде М = ("- + 1.)ехр- ) + (; -й)- 1.)ехр гистрнруют зависимость,фототока от,длинны волны света,На фиг. 1 лредставлены кривые зависимоспи фототокав 1, (Л) и 1(Х) черняев аереход полупроводннк - электролит от длины волны света Л ври освещении через элек 11 ролит и с противоположной переходу стороны соответственно,На фиг. 2 представлен график зависимости И,(Л) от Па(Л),где 1, (Л) - фототок через переход электролит - проводник при освещении через электролит;а (Л) - ,коэффициент, поглощения;1 эф - эффективная диффузионнаядлина неасновных .носителей,заряда в полупроводнике.На фиг. 3 представлен;прафик зависимости 1,(Л) от 1/а(Л),где 1,(Л) - фототок при освещении состороны, противоположной пе,реходу;а (Л) - ;коэффициент поглощения;- величина, пропорциональнаяотношению коэффициента диффузии неасновных носителейзаряда к сюрости их рекомбинации 5 на освещаемой поверхности полуправодника. Сущность способа состоит в следующем, Спектральная зависимость,фототока через переход электролит в полупроводн при освещении полупроводника сквозь электролит в той области спектра, где ав (т. е. 10 аэ (1), для полупроводниковых слоев толщиной Т 1. (т. е. Т)101.) описывается следующим выражением: где 1, - величина диффузионной длины неоснавных носителей заряда; В предложенном способе учтены влияние рекомбинации носителей заряда на лрютиаоположной по опношению к аереходу стороне полупроводникового образца и а(Л) - коэффициент поглощения полупроводника, зависящий от длины волны;и - толщина обедненного слоя полупроводника в переходе;Т - общая толщина полупроводника; А - ,коэффициент прапорциональности.Из;выражения (1) 1 видно, что график зависимости Ы 1, (Л) от 1/а (Л) есть прямая линия, отсекающая на оси абсцисс величину 1,=Х.При освещении полуправодника монохроматичесиим излучением со стороны, дротнвоположнои переходу электролит - полундроводник, изменяя длину волны излучения, измеряют спектральную зависимость фото- тока 1 (Л) через переход. В спектральном диапазоне, где выполняются условия аТ 1 и а 1.)1 (т. е, аТ 10, а 1, 10), фототок 1, (Л) описывается выражением; где= О/5 есть отношение коэффициента диффузии 0 .неосновных носителей заряда к скорости их рекомзо бинации 5,на освещаемой поверхности полупроводника;В - коэффициент:пропорциональности,Построив график зависимости 1,(Л) от 35 1/а (Л) в указанном спектральном диапазоне,и продлив получившуюся прямую до дересечения с осью абсцисс, на которой отложены значения 1/а (это соответствует случаю, когда левая часть уравнения (2) обра щается в,нуль)определяют величину ф, которая ра 1 вна отрезку, отсеченному указанной прямой на оси абсцисс. А величину диффузионной длины неасновных носителей заряда 1, рассчитывают по следующему 45,выражению: многократное отражение излучения от повгерхности полупроводника.П р и м е р. Производилось измерениедиффузионной длины неаснавных носителей заряда в эпитаксиальном слое баАз р-типа проводимости, выраженном на подложке баР (111) В с промежуточным подслоем А 1 о,7 вбао,жАз. Параметры слоя баАз - концентрация,примеси, толщина, измерен ные значения 1,ф и , а также рассчитан5ные значения 1 и ошибка, которая допускается при определении 1, но методу, описанному в прототипе. Роль скорости поверхностной рекомбинации Я;в случае тетероэпитаксиальных слоев, играет рекомбинация .на гетерогранице активный слой баАз - подслой А 10,7, ба 25 Аз активный слой баАз - подложка баР. В качестве электролита для указанных полупроводников использовалась денонизаванная дистиллированная вода с удельным.сопротивлением 10 МОм см.Исследуемую полупроводниковую структуру привели в контакт с электролитом со стороны слоя баАз, Осветили слой баАз онвозь электролит монохроматическим излучением и, изменяя длину волны,излучения, измерили спектральную зависимость фототока 1,(Х), представленную на фиг, 1 (кривая 1), Построили график зависимости И (Х) от 1/а(Х) (см, фиг. 2), Продлили полученную прямую до пересечения с осью абоцисс. Отрезок, отсеченный на оси,абсцисс, соответствует эффективному значению диффузионной длины 1.эф в микронах Затем осветили слой баАз через полупрозрачные подложку баР и подслой А 1 г,75 Оаод 1 Аз, т, е. со стороны, противополож:ной переходу, и, изменяя длину волны монохроматнческого излучения, измерили апектральную зависимость фототока 12(Х) через переход электролит - полупроводник (см. фиг. 1 кривая 2). Затем построили график зависимости 1,(Х) от 1/а (Х) (см. :фиг, 3)продлив полученную прямую до пересечения с осью абсцисс, по величине отрезка, отсеченного на оси абсцисс, определим .величину 4 в микронах. По известным значениям 1 эф, Д н Т согласно форму.ле (3) апределена величина 1,. Ошибку, донущенную прн опрвделении диффузионной .длины по,методу, онисанному в прототипе,1 эф 1.:определяем как Ы./1,= ф 100 О 1 О.1. Иапользова.ние предложенного способа измерения диффузионной длины,неосновных .носителей заряда позволяет значительно снизить,ошибку измерения но сравнению с иззвстным способом за счет учета рекомбинации носителей заряда на противоположной по отношеяию к переходу стороне полупроводникового образца н многократного отражения излучения от поверхности, полупроводника. Это позволяет точно,производить отработку твхноло 1 гни выращивания полупроводников и оптимизацию конструкции приборовв основе действия которых лежит процесс диффузии неосновных носителей заряда.Формула изобретения15Способ определения диффузионной длины нвосновных носителей заряда в полупроводниках, основанный на првведении полупроводника в контакт с электролитом, 20 освещении полупроводника со стороны перехода полупроводник - электролит через электролит светом с ,изменяемой длиной волны, репистрации зависимости фототока через переход полупроводник в электрол 25 от длины волны света и определении диффузионной длины неосновных носителей заряда расчетным путем, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности, после освещения через электролит, лолулро водник освещают светам с изменяемой длиной волны с пропивоположной переходу полупроводник - электролит стороны н регистрируют завиоимость фототока от длины волны света.35Источники информации, принятые вовнимание при экапвртнзе:1, Крутоголов Ю. К, и др, Методы измерения диффузионной длины:неосновных но сителей заряда в полупроводниках, ЦНИИэлектроника, М., 1976, с, 25.2. Крутоголов Ю. К. и др. Измерениядиффузионной длины неоснанных носителей заряда в полупроводнике п (нли р) -типа 45 проводимости. Электронная техника, Серия6 Материалы, 1977, вып, 11, с. 90 (нрототип).863759 Энергия сроюоноо, эЮП 8 16 иг. о 1,0 иг.,7 оставитель Л. Смирновехред Л. Куклина Корректор С. Фаи Гохфельд акт Изд105рственного комитета СССР 3035, Москва, Ж, Рауш Тип. Хауьк. фил нт Заказ 21/31НПО Поиск Тираж 757 Подписное о делам изобретений и открытий я наб., д. 4/5