Способ измерения ширины запрещенной зоны полупроводникового варизонного слоя

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическикРеспублик в 938218(г 01 В, 31/26 Н.01 Ь 21/66 фЬеударстваиай комитет ССь. Р во делам изобретений и вткрытииОпубликовано 23, 06,82, Бюллетень23 Дата опубликования описания 25,06.82) Заявитель Ордена Трудового Краснофизики полупроводников АН Литовско) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ШИ ПОЛУПРОВОДНИКОВО Ы ЗАПРЕЩЕННОЙ 3 ВАРИЗОННОГО СЛО слоя)ка фотслояНедляетсяне (тием з 3.статком известного невысокое разрешен ,5 мкм), обусловле ной возбуждения со пособа явпо толщиое перекрыдних учаИзобретение относится к оптическим методам контроля физических параметров полупроводников, а конкретно к способам определения зависимости ширины запрещенной зоны Щ по толщине варизонных эпитаксиальных структур и может быть использовано при конструировании полупроводниковых приборов.Известен способ определения Ес варизонного эпитаксиального слоя, основанный на измерении спектров краевой фотолюминесценсии при послойном стравливании слоя, либо при сканировании поверхности косого шлифа слоя возбуждающим световым зондоми определения зависимости Е (2) (2 -по энергетическому смещению пиолюминесценции от толщины стков слоя, и приводящее к большим погрешностям определения зависимости Е(2) в тонких варизонных слоях с большими значениями градиента Еср сложность точного измерения толщины стравливаемого слоя, а также необходимость разрушения образца.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является способ измерения ширины запрещенной зоны полупроводникового слоя, основанный на воздействии монохроматическим излучением, энергия квантов которого меняется .в интервале Ещ,1 ти) "асх (Естп и Ес п 1 с,- значения ширины запрещенной зоны на узкозонной и широкозонной сторонах слоя), определения спектральной зависимости опти ческого пропускания и в последующем математическом анализе измеренных спектров с использованием,ЭВМ 2,Однако известный способ являетсянеточным и сложным, так как требует знания зависимостей коэффициента5 9382Отражение волн внутри слоя происходит в плоскости, где энергия фотоновсравнивается с энергией экситонныхпереходов. Поэтому энергетическоеположение экстремума й соответствуетэнергии экситных переходов в плоскости слоя с координатой Ещ.Но интерференционной картине отраженного излучения определяется зависимость ширины запрещенной эоны по 1 Отолщине варизонного слоя.Данный способ используется дляопределения зависимости ширины запрещенной зоны по толщине варизонных опи.таксиальных структуР. типа А 1 хба АЯ 15и др. имеющих прямую структуру зон,величину градиента ширины запрещенной.зоны дЕ,500 эв/см и,толщинуслоя от 0,1 до нескольких микрон,т.е. в тех случаях, когда другиеметоды, как оптические, так и рентгеноспектральные, неточны или весьмасложны.Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг. 4) содержит мо нохронометр 1,оптический криостат 2,фотоприемник 3, селективный усилительсинхронный детектор 5, самописец 6.Устройство работает следующим образом, зюВ оптический криостат 2 помещают исследуемый образец и охлаждают до . температуры близкой к 77 К. Узкий пучок монохроматического излучения модулируют по длине волны с частотойЗ 5 Я. при помощи кварцевой пластинки, установленной перед выходной щелью монохроматора 1, и направляют на узко- зонную сторону варизонного слоя под углом близким к нормальному (1 О ) . Отражение от слоя излучения направляют на фотоприемник 3, сигнал от которого усиливают селективным усилителем 4, настроенным на частоту моду- ляцииЯ и подают в синхронный детектор 5. После синхронного детектора сигнал, пропорциональный производн ой спектра отражения ф записываетдХся на самописце 6.Производная спектра отражения ва 50 ризонного слоя А 1 Са+Аз представлена на фиг. 2. Цифрами 1,2,3 обозначен порядковый номер экстремума в интерференционной картине. Используя значения показателя преломления и энергии связи экситона твердого раст 55 вора А 16 а Л 5 равных соответственно 3,65 и 4 мэВ, и энергетические положения интерференционный экстрему 18 6мов в спектре (фиг. 2), по формулам рассчитывается зависимость Е от координаты 2, направленной вглубь слоя. Полученная зависимость Е (Г) представлена на фиг. 3. Среднее значение градиента ширины запрещенной зоны в слое д Е = 1590 эВ/см.Точность определения зависимости Е(2) определяется погрешностью установления, энергетических положений экстремумов, что практически составляет величину порядка 1 мэВ, и погрешностью определения координаты. Значение последней устанавливается с ошибкой меньшей чем 3, если значение показателя преломления й = 3,65, а дВ = +0,1.Предлагаемый способ обладает высокой локальностью контроля профиля ширины запрещенной зоны по глубине слоя. Величина Е устанавливается с шагом равным изменению координаты на величину д 2 = А /4 й. При А = 0,7 мкм и б =, 3165, что типично для варизонного слоя типа А 1 хСа 1 х Аз с х 0,3, дЕ,05 мкм.Использование предлагаемого способа позволяет на порядок увеличить точность измерения ширины запрещенной зоны в варизонномслое по сравнению с известньи, так как в данном случае зависимость Е, от координаты опреде" ляется только по энергетическим положениям интерференционных экстремумов в спектре, а не по интенсивности прошедшего через кристалл излучения, из". мерения которого связаны с большими погрешностями.Достоинством метода является его простота, а также то, что онявляется неразрушающим и бесконтактным.Формула изобретенияСпособ измерения ширины запрещенной зоны полупроводникового варизонного слоя, заключающийся в воздейст", вии на слой моноХроматическим излучением, энергия квантов которого меняется в интервале ЕщфкЩЕща(Е , и Е , значения ширины за прещейной зоны на узкозонной и широкозонной сторонах слоя), о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности при упрощении процесса измерений, модулируют длину волны монохроматического излучения, определяют положение интерференционных938218 вил фи о Н. Стецщ еее 11303вещее г Й Й Проектная илиал Редактоо А. Ша ЕеВЕеЩЕЩ ЩЩЩ Заказ 455/70ВНИИП Составитель Н. Чистяцор Техред СМигуноваТираж 717Государственного комитетаделам изобретений и открытМосква ЖРаушская набщщщщегщщгеееееещеПП "Патент", г. Ужгород, у КорректоЕ Ее ееВ ЕЕ ещ щПодлисноСССРЙ