Способ определения параметров варизонного полупроводника

(56) 1, Н 111 В, Ю 12.1 ашв Р.ЖХесСг 1 с-Г 1 е 16 йерепаепС 1 цщ 1 пезсепС зресСта оГ бгааеа-Ьапй-барвещ 1-СопбпсСогв, - Арр 1,РЬув,ЬеСС.1967, ч.11, Р 9, р.296-298.2. Воробкало В,М., Глинчук К.Д.,Кесаманлы Ф.П. Исследование люминесцентных свойств пленок твердыхраотВОрОВ А 1 З Оа+ З Аз, ВЫращЕННЫХиз органического раствора-расплава,В кн.: фПолупроводниковая техника имикроэлектроника", вып.17, Киев,1974, с,16"24 ( прототип). ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАО ПОЛУПРОВОДНИКА, ение и измерение краевой люминесценкозонной поверхнос(54)(57) СНОСОВМЕТРОВ ВАРИЗОННОвключающий возбуждэнергии пима егоции со стороны и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ и, о т л и ч а ю щ и й с я тем,то, с целью определения градиента ширины запрещенной эоны ьЕ вблизи узкозонной поверхности без нарушения целостности образца, измеряют за висимость коэффициента пропускания С указанного полупроводника от энергии кванта, из независимых измерений определяют значение коэФФициента поглощения сСо при Ь 1 макс ф а искомую величину определяют из соотноиеиияК Е ,чЕ .Ъ р НМмакс 1е где ЬЕ, - градиент ширины запрещенной зоны полупроводника; сс,с(ь 1 м)- коэффициенты пропус- в кания в области прозрачности и при Ыжссоответственно; с - характеристическая энергия в выражении Я для коэффициента поглощения, Ю - коэФФициент поглощения полупроводника пр "максНедостатком является то, ч че кристалла, целостности. К зволяет опреде чение градиент эоны вблизи уз известного то он привот.е. к нар роме того,лить локаль а ширины за козонной по способа дит к порушению егоон не поное знапрещенной верхности,Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к способам измерения параметров варизонных полупроводников.Известен способ определения координатной зависимости ширины за прещенной эоны варизонного полупроводника с монотонно изменяющейся вдоль одной из координат шириной запрещенной зоны путем измерения его краевой Фотолюминесценции Суть спо соба заключается в том, что скалывают кристалл, измеряют энергию пика фотолюминесценции (,ФЛ) при возбуждении кристалла в определенной точке, по найденной энергии пика и известной из независимых измерений энергии залегания примеси, через которую идет ФЛ, определяют ширину запрещенной эоны Е в упомянутой точке, определяют координатную зависимость Е путем возбуждения кристалла в разных точках 1 .Недостатком способа является то, что для определения градиента ширины запрещенной эоны производят скалывание кристалла, т.е. нарушают его целостность. Кроме того, его применимость ограничена: луч возбуждающего света направлен перпендикулярно градиенту Е, поэтому толщина варизонного кристалла должна быть достаточно велика по сравнению с диаметром пятна возбуждающего света (практически не менее 500 мкм) в то время, как большинство варизонных структур имеет толщину ва ризонной области менее 100 мкм.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ ,определения параметров варизонного 40 полупроводника, включающий возбуждение и измерение энергии пика его краевой люминесценции со стороны узкозонной поверхности, Суть способа состоит в том, что варизонный по лупроводник сошлифовывают с одной стороны под малым углом к плоскости, перпендикулярной АЕ измеряют энергию пика ФЛ при возбуждении кристалла в определенной точке сошлифованной поверхности, по найденной энергии пика и известной из независимых измерений энергии залегания примеси, через которую идет ФЛ, определяют Е в упомянутой точке, укаэанную операцию повторяют, возбуждая ФЛ в разных точках сошлиФованной поверхности (2 .)ина запрещенной зона узкозонной поК =6( где Е 3 ми Ее сти варизонногооводника, мэВ,я кванта (М Е ) верхнополупрэнерги4 мэВ,градиент ширины запрещенной эоны, мэВ/мкм", координата, вдоль которой меняется Е (обычно Е совпадает с направ левием роста варизонного кристалла), мкмжд уравнение для узкозонной поверхности;характеристическая энергия в выражении для коэффициента поглощения мэВ. 1 ель изобретения - определение градиента ширины запрещенной зоны АЕ вблизи узкозонной поверхности без нарушения целостности образца.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения параметров варизонного полупроводника, включающему возбуждение энергии пика его краевой люминесценции со стороны узкозонной поверхности, и измеряют зависимость коэффициента пропусканияуказанного полупроводника ст энергии кванта, из незави,симых измерений определяют значение коэффициента поглощения Ж при Имд, а искомую величину определяют из соотношенияфо ЕИЬмакс 1-Ьгде аЕ - градиент ширинызапрещенной зоны полупроводника, ,(Ь 9 ма )- коэФФициенты пропускания в областипрозрачности и приЬ макс соответственно;Г - характеристическаяэнергия в выражениидля коэффициента поглощения;М - коэффициент поглощеМния полупроводникаПРИ Ь мас рЭкспериментально установлено, что при энергиях кванта, меньших края поглощения, твердые растворы, например, 1 пАВ, яъ Р имеют экспоненциальный рост коэффициента поглощения, Поэтому коэффициент поглощения для света с МЕм, падающего параллельно направлению градиента Е, в варизонном кристалле на основе твердого раствора может быть определен в видеПри возбуждении и измерении люминесценции со стороны указанной поверхности энергия пика краевой люминесценции й 1 макс определяется значением ширины запрещенной зоны на поверхности полупроводника, т.е. 5 Е мц . Действительно, встроенное электрическое поле варизонного полупроводника при указанном способе возбуждения направлено навстречу неосновным носителям, образующимся 10 при возбуждении кристалла. В результате основные носители скапливаются в небольшой области вблизи поверхности полупроводника, где Е равно Е,к ,. Поскольку спектр излучения (пик люминесценции) Формируют неосновные носители, то Е мюк "макс+ +АМ, гДе Ем- шиРина запРещенйой эоны на узкозонной поверхности полупроводника Ьмакс - энергия пика краевой люминесценции, т,е. энергия излученного кванта, при кото-ром интенсивность люминесценции имеет максимальное значение, а АЯ некоторая поправка, учитывающая положение уровня Ферми, глубину залегания примеси, через которую идет рекомбинация, а также особенности формирования пика люминесценции варизонного полупроводника.Подставляя Еф макс= маке +ЬЬУ в30 выражение (1), получаем 1 Ы-Имакс-Ч 7 Ч (2)К- сад ЕхрЕАЫЫ"д =есехрДпя вычисления оптической плотности варизонного полупроводника проинтегрируем выражение (2) по 40 координате Х где где а - толщина варизонного кристалла, мкм.Из выражения (3) видно, что спектр оптической плотности вари эонного полупроводника при Ь аминкоторый экспериментально определяется иэ измерений спектра коэффициента пропускания С, содержит информацию о градиенте Е вблизи узкозонной поверхности. Действительно, практически представляет интересАЕ. аслучай, когда р2, 3, так какАЕф г 1 нетрудно видеть, что при=- с 2,3 оптическая плотность варизонного полупроводника совпадает с оптической плотностью гомозонного полупроводника толщиной й и Е д = Емам ф т епо оптическим свойствам варизонный65 полупроводник аналогичен гомозонному д13: дХ=к д.оАЕ йПри2,3 выражение (3) упрощаетсяд ) )максРЬ 4= ехрЧЕИспользуя соотношение (4), характеристическую энергию определяют из экспериментальных данных по пропусканию следующим образомИ 1- )2Е= ),ю,-е.п, р. -еп --ь -е. - , где Ы, Ы - произвольные точки на спектре коэффициента пропускания, С, =-С(М), С =С(Ь 1 ) .Подставляя в выражение (4) Ь 9 =Яакс, получаемЭ(ЬмаксТаким образом, градиент ширины запрещенной эоны определяют из соотношенияс(о ЕЙ (: (5)-е.Согде С(Имакс ) - коэФФициент пропускания варизонного полупроводника при Я=Ймас, Сд - коэффициент пропускания полупроводника в области прозрачности.Параметр Ы", который не зависит от градиента ширины запрещенной эоны, используемый для вычисления АЕ, определяют из независимых измерений, т.е. измерений, проводимых на калиброванном образце с известным градиентом Е с той же, что и в исследуемом образце концентрацией и типом примеси, а также областью составов твердого раствора, Независимое измерение параметра сс для данной серии образцов (образцов с разным градиентом Е, но одинаковым уровнем легирования проводят только один раз.Особенностью способа является то, что он позволяет определить градиент ширины запрещенной зоны вблизи узкозонной поверхности. Известный способ определяет АГ как некоторую усредненную величину, точность определения которой зависит от шага сканирования точки возбуждения ФЛ, а также от диаметра пятна возбуждения. В способе градиент ширины запрещенной зоны определяют из данных по коэффициенту пропускания, а поскольку поглощение света происходит на глубине примерно 1 мкм, то значение градиента Е, определяемогопо этому способу, соответствует локальной величине АЕ вблизи узкозонной поверхности на глубине примерно 1 мкм. В этом проявляется преимущество предлагаемого способа в тех случаях, когда важно знать не среднее, а локальное значение градиента ширины запрещенной эоны варизонного полупроводника.П р и м е р. Измеряют градиент ширины запрещенной эоны в эпитаксиальных пленках твердых растворов 1 пАв БЬР (0,084 ХА 0,12, 04 Т 0,05) выращенных методом жидкофазной эпйтаксии на подложках пАв (Ю)В. Об" раэцы были и типа с концентрацией носителей (3 - 5) 106 см. Концентрация атомов сурьмы возрастает к поверхности, а фосфора - падает, поэтому во всех образцах ширина за" прещенной зоны убывает к поверхности, .н на поверхности имеется минимальная ширина запрещенной зоны.Измерения проводят при 100 К. Для возбуждения ФЛ используют полупроводниковый лазер ЛД, при этом уровень возбуждения слабый, Спектры коэффициента пропускания измеряют иа двухлучевом ИК-спектрофотометре ОЯ 20.фДяя определения параметра Юо, необходимого для расчета д Е, выращен калибровочный образец и типа с кон цеитрацией п=(3 - 5) 10 см 3 - составом 0,084 Х 0,12, 0410,10. После измерения энергии пика краевой люминесценции ь макс и спектра про,пусмаиия в калибровочном образце методом послойного стравливания определяют градиент Е. При этом оптические параметры образца оказываются следующими: Ммаке,=337 мэВ, Е щ 7 мзВ, - Ь= 0,5 б,1 ( ь 4 маке )ь ЬЕ = 2,8 мэВ/мкм, Используя .соотноБение (5), определяют параметрЮ,который оказывается равнымЮ"2 10 см(100 К).Градиент ширины запрещенной эоны.в исследованных образцах определяется следующим образом.Возбуждают ФЛ со стороны узкозонной поверхности эпитаксиальных слоев. Измерения ФЛ проводят со сторо О ны возбуждения, Из спектров ФЛ определяют Имака . Эатем измеряют фспектр коэффициента пропускания с,из которого определяется характеристическая энергия Е и значение ко эффициента пропускания при И=1 Вм, .На чертеже представлены экспериментальные спектры коэффициента пропускания ( кривые 1-3) и спектры ФЛ,измеренные со стороны узкозонной р поверхности(кривые 4-6) трехобразцов .1-3.Из соотношения (5) определяютградиент Е. Расчетные значенкя ЬЕсоответственно равныгЬЕ,=1,8 мэВ/мкм 25 ЪЕ=1 б мэВ/мкмРЕ=1,8 мэВ/мкм.для,проверки способа в этих же образцахпутем послойного стравливания неза.висимо определяют ЧЕ,который равенРЧд=1,8 мэВ/мкм для всех трех образ цоъфТаким образом, предлагаемый способ,йозволяет определить градиент ширины запрещенной зоны вблизи уэко- зонной поверхности нераэрушающим методом. Другим важным преимуществом способа является его простота. Изобретение позволяет определить дЕ и в том случае, когда коэффициент поглощения меняется неэкспонеициально., 40 Для определения ьЕ при этом следуетпользоваться соответствующими градуировочными кривыми.ираж 103 арственного изобретений а, Ж, Ра ак ал ППП "Патентф, г. Уйгород, ул. Проектная, 4 О/49ВНИИПИ Госупо делам113035, Моск,УО 350 370и М Подписноекомитета СССРи открытийушская наб., д, 4/5