RU2019891C1

RU2019891C1 - Method of determining presence of disordered phase in crystals of semiconductors

Info

Publication number: RU2019891C1
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Власов; Д.Л. Федоров
Original assignee: Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1994-09-15

Abstract

FIELD: inspection of parameters of semiconductor materials. SUBSTANCE: Raman scattering spectra onto photons are indicated when wave vector of incident light is directed along optical axis; polarization spectra are indicated in perpendicular to the axis; and scattered radiation is indicated at the same polarization in opposite direction. Raman scattering line A₁ is indicated as well. The second spectrum of Raman scattering is achieved when wave vector of incident light is directed in perpendicular to optical axis and at polarization along the axis and scattered radiation is indicated in direction, being perpendicular as to direction of wave vector of incident light, and optical axis at polarization which coincide with direction of wave vector of incident light. Raman scattering line E₁ is indicated either. After the half-width of the lines is measured and broadening is calculated, provided by presence of disordered phase and its value. EFFECT: improved reliability; improved efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области контроля параметров полупроводниковых материалов, используемых в приборах полупроводниковой оптоэлектроники. The invention relates to the field of parameter control of semiconductor materials used in semiconductor optoelectronic devices.

Известен способ определения содержания разупорядоченной фазы с помощью рентгеновского двухкристального спектрометра, в котором монохроматический диафрагмированный пучок рентгеновского излучения дифрагирует на кристалле, а приемник регистрирует распределение интенсивностей рефлексов, обусловленных различными кристаллическими модификациями [1]. A known method for determining the content of a disordered phase using an X-ray double-crystal spectrometer in which a monochromatic diaphragmed x-ray beam is diffracted on a crystal, and the receiver detects the distribution of reflex intensities due to various crystalline modifications [1].

Недостатком аналога является невозможность одновременного исследования достаточно протяженных областей образца без его перемещения, так как ее наличие фиксируется не непосредственно, а путем определения количества всех других компонентов (например, кубической, гексагональной, тригональной и т. д.) и определение содержания разупорядоченной фазы как разности между принимаемым за единицу содержанием всех фазовых компонент и измеренными с определенной погрешностью относительными концентрациями различных упорядоченных фаз. Серьезными недостатками аналога являются, кроме того, необходимость прецизионного ориентирования образца и использование дорогостоящей и являющейся источником ионизирующего излучения рентгеновской техники, требующей обработки результатов измерений. The disadvantage of the analogue is the impossibility of simultaneously investigating sufficiently extended regions of the sample without moving it, since its presence is not detected directly, but by determining the number of all other components (for example, cubic, hexagonal, trigonal, etc.) and determining the content of the disordered phase as a difference between the content of all phase components taken as a unit and the relative concentrations of various ordered phases measured with a certain error. Serious disadvantages of the analogue are, in addition, the need for precise orientation of the sample and the use of expensive and being a source of ionizing radiation x-ray equipment that requires processing of measurement results.

Известен способ [2], который заключается в освещении ориентированного образца поляризованным светом, регистрации спектров экситонного отражения, измерении расщепления поляризованных компонент этих спектров и определении содержания разупорядоченной фазы из сравнения полученного расщепления с расщеплением поляризованных компонент структурно чистого образца того же состава по известной зависимости расщепления компоненты от содержания разупорядоченной фазы. The known method [2], which consists in illuminating an oriented sample with polarized light, recording exciton reflection spectra, measuring the splitting of the polarized components of these spectra, and determining the content of the disordered phase from comparing the obtained splitting with the splitting of polarized components of a structurally pure sample of the same composition from the known dependence of the splitting of the component from the content of the disordered phase.

Недостатком способа является недостаточная достоверность, обусловленная тем, что о количественном содержании разупорядоченной фазы судят по расщеплению поляризованных линий экситонного отражения, в то время как в указанное расщепление могут вносить вклад и политипы, не относящиеся к разупорядоченной фазе, что дает завышенную оценку содержания разупорядоченной фазы еще и потому, что информация о расщеплении линий экситонного отражения получается в слое кристалла не более 10 мкм вблизи поверхности, в котором при обработке увеличивается содержание разупорядоченной фазы. The disadvantage of this method is the lack of reliability due to the fact that the quantitative content of the disordered phase is judged by the splitting of polarized exciton reflection lines, while polytypes that are not related to the disordered phase can contribute to this splitting, which gives an overestimated estimate of the content of the disordered phase and because the information on the splitting of the exciton reflection lines is obtained in the crystal layer no more than 10 μm near the surface, in which it increases during processing content disordered phase.

Известен также принятый за прототип способ определения содержания разупорядоченной фазы в кристаллах полупроводников (Ge, Si, GaAs), в котором ориентированный образец облучают лазерным излучением и регистрируют спектры обратного комбинационного рассеяния света (КРС) на фононах, а о наличии разупорядоченной фазы в кристалле судят по ширине и форме LO и ТО линий [3]. Also known is the prototype method for determining the content of a disordered phase in semiconductor crystals (Ge, Si, GaAs), in which an oriented sample is irradiated with laser radiation and Raman spectra are recorded on phonons, and the presence of a disordered phase in a crystal is determined by the width and shape of the LO and TO lines [3].

Однако этот способ не позволяет определить количественное содеpжание разупорядоченной фазы, а только выявляет ее присутствие. However, this method does not allow to determine the quantitative content of the disordered phase, but only reveals its presence.

Цель изобретения - осуществление возможности количественного определения содержания разупорядоченной фазы. The purpose of the invention is the implementation of the possibility of quantitative determination of the content of the disordered phase.

Цель достигается тем, что в известном способе, включающем облучение полированного ориентированного образца монохроматическим электромагнитным излучением с энергией кванта меньшей ширины запрещенной зоны, регистрацию спектров обратного комбинационного рассеяния на фононах и определение наличия разупорядоченной фазы на основе сравнения ширины LO-линий спектра, образец приготавливают в виде параллелепипеда с ориентацией оптической оси параллельно его ребру, а о наличии разупорядоченной фазы судят по сравнению с линией А₁-LO и E₁-LO комбинационного рассеяния света, причем линию A₁-LO получают при направлении волнового вектора падающего света вдоль оптической оси, поляризации перпендикулярно этой оси и регистрации рассеянного излучения в обратном направлении при той же поляризации, а линию Е₁-LO при направлении волнового вектора падающего излучения перпендикулярно оптической оси с поляризацией вдоль этой оси и регистрации рассеянного излучения в направлении, перпендикулярном оптической оси и направлению падающего излучения при поляризации соответствующей направлению волнового вектора падающего света, а содержание разупорядоченной фазы определяют из соотношения Δ Г = 3,2[α (1- α )]^2/3, где Δ Г - разность полуширины измеренных линий; α - содержание разупорядоченной фазы.The goal is achieved by the fact that in the known method, including irradiating a polished oriented sample with monochromatic electromagnetic radiation with a quantum energy of a smaller band gap, recording the Raman spectra of phonons and determining the presence of a disordered phase by comparing the width of the LO lines of the spectrum, the sample is prepared in the form parallelepiped with the orientation of the optical axis parallel to its edge, and the presence of a disordered phase is judged in comparison with the line A ₁ -LO and E ₁ -LO comb light scattering, moreover, the A ₁ -LO line is obtained when the incident light wave vector is directed along the optical axis, the polarization is perpendicular to this axis and the scattered radiation is detected in the opposite direction for the same polarization, and the E ₁ -LO line when the incident radiation wave vector is perpendicular optical axis with polarization along this axis and registration of scattered radiation in the direction perpendicular to the optical axis and the direction of the incident radiation with the corresponding polarization w wave vector of the incident light, and the content of the disordered phase is determined from the relation Δ T = 3,2 [α (1- α) ] 2/3, where Δ T - half-width difference of the measured lines; α is the content of the disordered phase.

Способ поясняется чертежом, где 1 - линия A₁-LO спектра КРС, а 2 - линия Е₁-LO.The method is illustrated in the drawing, where 1 is the line A ₁ -LO of the Raman spectrum, and 2 is the line E ₁ -LO.

П р и м е р. Исследовалось содержание разупорядоченной фазы в кристаллах Zn_1-xMg_xS (x = 0,056). Был изготовлен образец в форме параллелепипеда, оптическая ось совпадала с одним из ребер. Грани были химически отполированы. Для возбуждения спектров комбинационного рассеяния используют Аг-лазер ЛГМ-503, возбуждение осуществляют λ = 4880А.PRI me R. The content of the disordered phase in Zn _1-x Mg _x S crystals (x = 0.056) was studied. A parallelepiped-shaped sample was made; the optical axis coincided with one of the ribs. The facets were chemically polished. To excite Raman spectra, an LGM-503 Ar laser is used, and λ = 4880A is excited.

Первый спектр КРС регистрируют при направлении волнового вектора падающего света вдоль оптической оси с поляризацией перпендикулярно этой оси и регистрации рассеянного излучения в обратном направлении. Второй - при направлении волнового вектора падающего света перпендикулярно оптической оси с поляризацией перпендикулярно этой оси и регистрации рассеянного излучения в направлении, перпендикулярном оптической оси и направлению падающего излучения, при поляризации, соответствующей направлению волнового вектора падающего света. Для регистрации спектров используют рамановский спектрометр Spex-Ramalog (USA). Температура кристалла составляет 300К. Полуширину линий комбинационного рассеяния света измеряют по спектрам, приведенным на чертеже. Кривая 1 представляет собой линию комбинационного рассеяния A₁-LO, кривая 2 - E₁-LO соответственно. Полуширина линий измерялась на уровне, отмеченном пунктиром.The first Raman spectrum is recorded when the wave vector of the incident light is directed along the optical axis with polarization perpendicular to this axis and the scattered radiation is recorded in the opposite direction. The second - when the direction of the wave vector of incident light is perpendicular to the optical axis with polarization perpendicular to this axis and registration of scattered radiation in the direction perpendicular to the optical axis and the direction of incident radiation, with polarization corresponding to the direction of the wave vector of incident light. Spectra are recorded using a Spex-Ramalog Raman spectrometer (USA). The temperature of the crystal is 300K. The half-width of the lines of Raman scattering of light is measured by the spectra shown in the drawing. Curve 1 is the Raman scattering line A ₁ -LO, curve 2 is E ₁ -LO, respectively. The half-width of the lines was measured at the dotted line level.

Измерения полуширины дали следующие результаты: Г₁ = 3,40 см^-1; Г₂ = 3,16 см^-1. Было вычислено уширение Δ Г = 0,24± ± 0,04 см^-1 и по формуле Δ Г = 3,2[ α (1- -α )]^2/3 определено содержание разупорядоченной фазы, α = 0,980± 0,005.Half-width measurements gave the following results: G ₁ = 3.40 cm ^-1 ; G ₂ = 3.16 cm ^-1 . The broadening Δ Г = 0.24 ± ± 0.04 cm ^-1 was calculated and the content of the disordered phase was determined using the formula Δ Г = 3.2 [α (1-α)] ^2/3 , α = 0.980 ± 0.005.

Claims

A METHOD FOR DETERMINING THE CONTENT OF A DISORDERED PHASE IN SEMICONDUCTOR CRYSTALS, including irradiating a polished oriented sample with monochromatic electromagnetic radiation with a quantum energy smaller than the band gap, recording backward Raman spectra from phonons and determining the presence of disordered phases based on a comparison of the widths of LO In order to make it possible to quantify the content of the disordered phase, the sample was made They appear in the form of a parallelepiped with the optical axis oriented parallel to one of its edges, the presence of a disordered phase is judged by comparing the spectral lines A ₁ - LO and E ₁ - LO, and the spectral line A ₁ - LO is obtained when the wave vector of the incident light is parallel to the optical axis, polarization perpendicular to this axis and registration of scattered radiation at the same polarization, the line E ₁ - LO receive when the direction of the wave vector of incident radiation perpendicular to the optical axis, polarization parallel to this axis and reg strata of scattered radiation in a direction perpendicular to the optical axis and the wave vector of the incident radiation, and polarization parallel to the direction of the wave vector of the incident radiation, and the content of the disordered phase is determined from the relation
Δ T = 3,2 [α (1-α)] ^{^{^2/3,}}
where Δ G is the difference in the half-width of the measured lines, cm ^-1 ;
α is the content of the disordered phase.