JPS63122143A - 一定容量法による結晶欠陥評価装置及び評価方法 - Google Patents

一定容量法による結晶欠陥評価装置及び評価方法

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JPS63122143A
JPS63122143A JP26844786A JP26844786A JPS63122143A JP S63122143 A JPS63122143 A JP S63122143A JP 26844786 A JP26844786 A JP 26844786A JP 26844786 A JP26844786 A JP 26844786A JP S63122143 A JPS63122143 A JP S63122143A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体結晶中の欠陥が形成する深い単位を試
料温度を掃引して測定する装置で、特に温度掃引速度が
試料に印加される逆バイアス電圧の時間変化率により制
御され、被測定領域である空乏層幅を一定に保持して測
定する一定容量法による結晶欠陥評価装置に関する。
(従来の技術) 従来、結晶中の欠陥が形成する深い単位を結晶の温度を
変化させてp−n接合あるいはショットキ接合の接合容
量変化によって検出する方法として、Carballe
sらのTSCAP(Ther温度lly  Stimu
lated  Capacitance>法があった。
TSCAP法は試料温度を連続的に一定の昇温速度で変
化していき、その温度変化による空乏層幅の欠陥の荷電
状態変化に伴う接合容量変化を検出するものである。一
般に結晶中に導入された欠陥が形成するエネルギー準位
《以下深い単位という》の荷電状態は、極めて長い緩和
時間をもって変化していくために、一回の温度掃引によ
っては欠陥の性質、即ち欠陥が形成する深い単位のエネ
ルギー準位や密度等を決定する事はできず、昇温速度を
種々変化させる事により、複数の深い準位がある場合に
は、浅い単位密度Ndよりも深い単位密度Ntが非常に
小さいときには、TSCAPのレスポンスがそれぞれの
和で得られるという条件のもとで欠陥の性質が決められ
ていた。
(発明が解決しようとする問題点) TSCAP法は、一定の温度掃引速度で試料温度を変化
させていき、その過渡的な接合容量変化を記録すること
から、前記仮定が成り立たない場合は、掃引速度によっ
て欠陥のエネルギー単位に換算されるべき試料温度が変
化してしまって、正確なエネルギー単位の決定ができな
くなる事及び一定バイアス電圧の゛条件のもとで接合容
量の変化をみているから欠陥の荷電状態が変化して接合
容量が変化すると、空乏層幅即ち測定領域も変化してい
き、欠陥密度が、接合面からの距離とともに変化してい
るような場合には、正確な密度の決定ができなくなると
いう欠点が存在した。
〔問題点を解決するための手段〕
第1図は、本発明を構成するブロックダイヤグラムであ
り、図中■は光源であり■は光源■から所定の重色光を
得るための分光装置であり、■は単色光を試料■上に収
束して照射するための光学系であり、試料中の深い単位
の荷電状態を光学遷移によって変化させる事及び熱的遷
移によって変化した深い単位の荷電状態を検出するため
に用いる。容量計■によって測定された試料■の接合容
量と、比較演算回路■に設定された容量値の差をOにす
るようにバイアス電圧印加回路■の動作で逆バイアスを
印加するために、常に一定の容量値、即ち空乏層幅が保
持され、被測定領域が常に一定となる。加えて第2図に
簡単に測定の順序が示されるようにある試料温度T、に
おいて試料に印加される逆バイアス電圧V、(T、)が
、比較演算回路に設定された時間の間、一定の値に保持
されれば、比較演算回路■によってVB(T、)が最終
安定値vB(T、)3に到達したと判断され、試料温度
制御装置■によって試料■の温度を次なる測定温度T2
に推移される。
〔作用〕
従来技術の第1の欠点を克服するために、本発明では温
度掃引速度を一定とせず、ある試料温度T、における深
い準位の荷電状態が定常状態になるまで一定温度を保持
し、しかる後に次の試料温度T2へ変化させる。従って
従来技術と異なり温I!!棉引速度dTは一定ではなく
、深t い準位の性質即ち電子と正孔の放出確率e。、e、によ
って決まる時定数で変化する。
次に従来技術の第2の欠点を克服するために本発明では
従来技術が一定の逆バイアスを印加した接合容量の温度
による変化を検出するのと異なり、一定の接合容量を保
持するために接合に印加する逆バイアス電圧の変化を検
出する。
即ち深いドナー単位を含むn型半導体で構成された接合
を、低温からFJ2fiしていく場合を例にとれば、深
いドナー単位ではen>epであるから、e、%二〇で
ある十分低温の条件では深いドナー単位には電子が満た
された状態であり、電荷状態は中性である。試料温度を
上昇して81〜Oとなる湿度になると、深い単位から伝
導帯へ電子の励起がはじまり、時定数1/τ−e。+e
、をもって荷電状態が中性から正電荷へと推移する。従
来技術では一定バイアスであるから深い単位が中性から
正電荷へ推移すると空乏層幅が狭くなり、被測定領域が
変化してしまうが、本発明ではあらかじめ比較演算回路
に設定された設定容量値となるように試料ダイオードに
印加する逆バイアス電圧を印加していくので、常に空乏
層幅は一定であり、被測定領域は変化しない。
(実施例) 具体例として、GaAS結晶中のフォトクエンチング単
位の回復温度の測定例を、従来法のTSCAPと本発明
による方法とで、比較して述べる。
近年Qa AS結晶は、その高電子移動度、及び光学的
な特徴を生かして、超高速論理素子及び光通信素子用材
料として広く用いられてきつつあるが、従来多用されて
いる単元素よりなる結晶であるシリコン結晶と異なり、
QaとAsという二種類の元素からなる化合物半導体結
晶であり、特にASの蒸気圧が高いためにQaとAsの
比が1=1よりずれやすく、いわゆる化学量論的組成か
らのずれに起因する欠陥が生じ易い事が知られている。
近年、これら化学」論的組成からのずれに起因する欠陥
のうちEL−2と呼ばれる深い単位が、結晶の抵抗率や
、イオン打ち込みした不純物の活性化率に著しい影響を
与えるとして、注目されている。従って、このEL−2
と呼ばれる深い準位の性質を明らかにし、その欠陥の制
御をするこ゛とがGa As基板結晶を提供する側及び
、Qa AS集積回路等の素子を製作する側にとっても
重要な課題となっている。
EL−2と呼ばれる深い単位の特有の性質として、約1
eV付近の光照射により、その基底状態E:rから励起
状態E千への移行が起り、励起状態E;は約110に以
上の温度で基底状態E÷へ戻ることが報告されている。
本実施例では、EL−2と呼ばれる深い単位の、上記の
励起状態から基底状態への遷移温度の決定を、従来技術
のTSCAP法と本発明による方法で測定した結果を述
べる。
試料はn型0)none  doped  HB  Q
a AS結晶で、試料裏面に500μmφのAll G
e Ni /A(Jの蒸着及びH2中450℃、30秒
のシンターによりオーム性接触を得、表面には電子ビー
ム蒸着によるAJLによってショットキー接合を得たも
のを用いた。もちろん試料の構造は上記に限られるもの
ではなく、p−n接合をもつ構造にも適用され、もちろ
ん試料の材料及び構造は上記ショットキー接合を有する
GaAS結晶に限られるものではなく、広く半導体結晶
で形成されたダイオード、あるいはトランジスタ等の一
部に形成される接合部分及び空乏層幅が印加電圧によっ
て制御される接合が存在すれば、広(適用され得る。
測定はまず試料を励起状態E;から基底状態E;への回
復が生じる温度よりも低い温度(例えば45K)まで試
料を暗所で冷却し、低温で逆バイアス電圧を印加して、
かつ約1eVの光を照射し、EL−2単位を基底状態E
;から励起状態E千へ移行させる。その後、0.75e
Vの光を照射しながら、従来技術では一定の昇温速度で
、本発明ではバイアス電圧の時間変化率を検出しながら
、試料温度を上げていく。ある回復温度Tになると、E
L−2の励起状態E7は基底状態E÷へ回復する。基底
状態E:rは伝導帯から0.75eV付近に単位が存在
する事が知られているから、0.75eVの光を照射し
ていれば、回復した時に従来技術では接合容量の増大が
、本発明では逆バイアス電圧の増大が検出される。
第2図中(a)は従来技術であるTSCAP法で温度掃
引速度を1.4に/sinとして上述の方法でEl−2
の励起状態といわれる単位の回111度を測定した例で
ある。第2図中(b)は同じく温度掃引速度を0.48
に/lll1nとした測定例であり、(a)では約13
0に付近、(b)では約120Kにおいてフォトクエン
チング単位の回復現象によって接合容量の顕著な増大が
検出されていて、温度掃引速度によって荷電状S変化が
生じる温度の検出が大幅に変化してしまうという従来技
術の問題点が如実に現われている。接合容量が変化して
いるから、被測定領域である空乏層幅は温度とともに変
化してしまっている事は言うまでもない。
−力筒3図は、本発明により前述条件で得られた結果で
ある。第3図(a)は前述の条件で1.1eVの光照射
を行なわず、0.75eVの光照射のみで測定を行なっ
た結果であり、第3図(b)は1.1eVの光照射を行
なってフォトクエンチングさせた後に0.75eVの光
照射をして測定した結果である。第3図の本発明による
測定結果では110.2にと111に、及び112Kに
、一定容量に保持するのにする逆バイアス電圧の顕著な
増大が見られ、なくとも3種類の回復温度を持つ準位が
存在る事を明確に示している。しかも第3図の胴中は空
乏層幅、即ち被測定領域が一定に保持れている事は言う
までもない。
〔発明の効果〕
本発明は、以上説明したように、被測定額を常に一定に
保持しつつ、深い単位の荷電状の変化が起る温度を極め
て正確に検出し得る果を持つ。
【図面の簡単な説明】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光源と該光源から単色光を得る少なくとも1つの
    分光器と、該単色光を試料上に収束して照射する光学系
    と、該試料の温度を制御する温度制御装置と、該試料の
    容量を測定する容量計と、該容量計の値と設定容量値を
    比較する比較演算回路と、該比較演算回路の結果によっ
    て該試料に逆バイアスを印加するバイアス電圧印加回路
    を具えたことを特徴とする一定容量法による結晶欠陥評
    価装置。
  2. (2)試料の接合容量を、試料にバイアス電圧を印加す
    る事によつて設定容量値と等しくし、該バイアス電圧値
    の時間変化率によつて試料温度掃引の時間間隔が制御さ
    れる過程を有することを特徴とする前記特許請求の範囲
    第1項記載の結晶欠陥評価方法。
JP61268447A 1986-11-11 1986-11-11 一定容量法による結晶欠陥評価装置及び評価方法 Expired - Fee Related JPH0693476B2 (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6034028A (ja) * 1983-08-06 1985-02-21 Tokyo Daigaku 適応式半導体捕獲中心測定方法
JPS60123038A (ja) * 1983-12-07 1985-07-01 Semiconductor Res Found 一定容量によるフォトキャパシタンス測定方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6034028A (ja) * 1983-08-06 1985-02-21 Tokyo Daigaku 適応式半導体捕獲中心測定方法
JPS60123038A (ja) * 1983-12-07 1985-07-01 Semiconductor Res Found 一定容量によるフォトキャパシタンス測定方法

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