JPS6189644A - Semiconductor evaluating method and device - Google Patents

Semiconductor evaluating method and device

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JPS6189644A
JPS6189644A JP21102584A JP21102584A JPS6189644A JP S6189644 A JPS6189644 A JP S6189644A JP 21102584 A JP21102584 A JP 21102584A JP 21102584 A JP21102584 A JP 21102584A JP S6189644 A JPS6189644 A JP S6189644A
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JP
Japan
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light
temperature
semiconductor
sample
deep level
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JP21102584A
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Japanese (ja)
Inventor
Kosuke Ikeda
池田 幸介
Yoshiichi Ishii
芳一 石井
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

PURPOSE:To measure a deep level by a simple analysis without necessity of correcting temperature dependency by emitting a monochromatic light of special energy to a high specific resistance semiconductor crystal, and Arrhenius-plotting on the basis of discharging rate at the temperature after interrupting the light to obtain a deep level. CONSTITUTION:A spectroscope 3 is driven to obtain a monochromatic light having specific wavelength, i.e., energy from the incandescent light of a light source 2 under the control of a computer 1. The light emitting area or light interrupting area to a sample S is controlled by closing or opening a shutter 4, thermal electromotive force of thermocouple 6 is measured by a voltmeter 6A in parallel to measure the temperature of the sample. After the light is interrupted, a passing current is measured by an ammeter 8 from a time t0 to a time t0+T at time interval DELTAt, totally at points K, the K passing current values are dispersively Fourier-converted to obtain the discharge rate (e). This process is repeated by altering the temperature of the sample S. A graph of the Arrhenius-plotting exhibiting the relationship between 1/T and T<2>/3 is formed by applying the integrated data to obtain a deep level from the gradient of the line for coupling the plotted points.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高比抵抗半導体中の深い準位を評価する方法
及びそのために使用される装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method for evaluating deep levels in a high resistivity semiconductor and an apparatus used for the evaluation.

従来の技(・トチ 半導体の1−深い準位」は、バンドギャップの中はどに
位置するもので、半導体結晶の中の不純物や格子欠陥に
よってでき、小数ギアリアの寿命を決定する因子となっ
たり、半導体デバイスの性能の劣化の原因となったり、
更に、再結合中心として[幾能したりする。そこで、半
導体の品質の評価において、深い準位が近年注目されて
おり、種々の測定方法が提案されている。
The conventional technique (1-deep level in Tochi semiconductors) is located in the band gap, is created by impurities and lattice defects in the semiconductor crystal, and is a factor that determines the lifetime of fractional gears. or cause deterioration in the performance of semiconductor devices,
Furthermore, it functions as a recombination center. Therefore, in evaluating the quality of semiconductors, deep levels have been attracting attention in recent years, and various measurement methods have been proposed.

その中で、低比抵抗半導体(ρ<103Ωcm)の深’
w X !jj位の67P価法として、パルス電圧を半
導体結晶1こ印加するDLTS法(Deepしevel
 TransientSpectroscopy)やD
 L F’ S法(Deep Level Fouri
erSpccl−roscopy )などの電気的評価
法、或いは光を半導体結晶に!l、<1射する光学的評
価法が用いられている。、DLTS法は、例えば、「光
物性測定技術、:[刊+3:f田隆夫・柊元宏共著、1
983年6月10日、東京大学出版会同、pp125−
135 に詳細に説明されており、また、D I−F 
S法:よ、特開昭58−79169号(蒔願昭J 6−
177594号)に開示されている。
Among them, the depth of low resistivity semiconductor (ρ<103Ωcm)
WX! As a 67P value method at the level of
Transient Spectroscopy) and D
L F'S method (Deep Level Fouri
erSpccl-roscopy ) or other electrical evaluation methods, or light to semiconductor crystals! An optical evaluation method with l, <1 ray is used. , the DLTS method is used, for example, in "Optical Physical Properties Measurement Technology," published by Takao Fada and Motohiro Hiiragi, 1.
June 10, 983, University of Tokyo Press, pp125-
135 and is explained in detail in D.I.F.
S method: Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-79169 (Makigansho J 6-
No. 177594).

しかしながら、半導体結晶の比抵抗が大きい場合には、
上記のうら電気的評価法の適用は困難となる。そこで、
高比抵抗半導体結晶の深い準位の評価には、光学的評価
法が専ら用いられる。
However, when the specific resistance of the semiconductor crystal is large,
Application of the above-mentioned back electrical evaluation method becomes difficult. Therefore,
Optical evaluation methods are exclusively used to evaluate the deep levels of high resistivity semiconductor crystals.

発明が解決しようとする問題点 上記した光学的評価法には、従来、2つの方法がある。The problem that the invention aims to solve There are two conventional optical evaluation methods described above.

その第1の方法は、高比抵抗半導体結晶にレーザ光源な
どの単一波長の光を照則し、波長を半導体のハンドギア
ツブエネルギーE(e)に相当する波長A(nm)Cλ
−1240/ Eの関係がある〕の近傍で速続に変化さ
せて、深い準位を活性化エネルギー別に別けて励起して
、g! !iするものである。
The first method is to shine a single-wavelength light from a laser light source or the like onto a high-resistivity semiconductor crystal, and set the wavelength to A (nm) C
−1240/E], and excite the deep levels separately according to their activation energy, g! ! i.

しかし、レーザ光源を変えても、波長を半導体のハンド
ギアツブエネルギーに相当する波長の近傍で連続に変化
させることは困難である。このために、照射エネルギー
が固定され、ギアツブ内にそM数1重の深い準位が存在
する場合に、深い準位を活[生化エネルギー別に別けて
励起することができず、イ[・j1密な評価ができない
欠点があった。換言するならば、存在する全ての深い準
位を検出することができなかった。また、チューニング
可能な半導体レーザーを用いること;ま原理的には可能
であるが、装置が大がかりとなる問題がある。
However, even if the laser light source is changed, it is difficult to continuously change the wavelength in the vicinity of the wavelength corresponding to the handgear beam energy of the semiconductor. For this reason, when the irradiation energy is fixed and there are M number 1 deep levels in the gear tube, it is not possible to activate the deep levels separately for each activation energy, There was a drawback that detailed evaluation was not possible. In other words, it was not possible to detect all existing deep levels. Further, it is possible in principle to use a tunable semiconductor laser, but there is a problem in that the apparatus becomes large-scale.

第2の光学的評価法は、光D L、 T S法とも弥す
されるものてあり、電圧印加の代わりに、高比抵抗半導
体結晶;ご弔−波長の光を照射し、光、1憎tJ+’後
の過渡電流を2時刻L1、し、て41)1定で測定する
ことを除き、DLTS法と同様である。従って、詳細は
、上記した文1・獣を参照されたい。
The second optical evaluation method is also known as the optical DL and TS method, and instead of applying a voltage, it irradiates a high resistivity semiconductor crystal with light at a wavelength of 100%. It is the same as the DLTS method except that the transient current after tJ+' is measured at two times L1 and 41) at one constant. Therefore, for details, please refer to Sentence 1, Beast above.

盪略を述べるならば、半導体結晶に単一イ皮長の光を照
射し、光遮断後の過渡電流を2時刻で測定し、その2時
刻におけろ市流値(容量)の差を求めると5)う測定を
、半導体結晶の温度を変えて繰り退し実施し、その電流
差が最大になる温度′r。
2) In short, a semiconductor crystal is irradiated with light of a single skin length, the transient current is measured at two times after the light is cut off, and the difference in market value (capacitance) at those two times is determined. and 5) repeat the measurement by changing the temperature of the semiconductor crystal, and find the temperature 'r' at which the current difference is maximum.

を求め、その温度T1における電子(正札)の放出割合
eを求め、そのeとT1と活性化エネルギーとの関係式
からT、2と(1/ T、)  との関係をグラフにア
レニウスプロットする。以上の測定反び計算を、上記し
た光遮断後の2つの駆足時刻t1、t2を変えて実施し
、グラフにプロットされた点を結ぶ線の勾配から活1生
化エネルギーすなわち探し)準位を測定するものである
Find the emission rate e of electrons (regular notes) at that temperature T1, and draw an Arrhenius plot on the graph of the relationship between T,2 and (1/T,) from the relational expression between e, T1, and activation energy. . The above measurement warpage calculation was carried out by changing the two running times t1 and t2 after the light cutoff, and the activation energy (i.e., the level) was calculated from the slope of the line connecting the points plotted on the graph. It is something to be measured.

以上の説明から明らかなように、光DLTS法は、解析
原理上、電流差がピークとなる温度のみが解析に供する
もので、信号曲線のデータ数に比較して解(斤点が少な
く効率が悪い。
As is clear from the above explanation, in the optical DLTS method, based on the analysis principle, only the temperature at which the current difference peaks is subjected to analysis, and the efficiency is low compared to the number of data points of the signal curve. bad.

また、単色光を、席1:li Lだ後の過渡小流変化は
、i (t)−Ic−> )−c foe x p(−
e t )で与えられるが、その過渡応答で指数関数の
係数eと1゜とが温度依存1′1ミをf」゛する。その
ため、その温度依存性を補正ずろ必“Σjがあるが、そ
の内のeは理論的に解析可能であっても、I 11 は
解析不能であるため、測定精度の信頼性が十分でない。
Furthermore, the transient flow change after monochromatic light is applied to seat 1: li L is i (t)-Ic-> )-c foe x p(-
e t ), but in its transient response, the coefficients e and 1° of the exponential function make the temperature dependence 1′1′f′′. Therefore, it is necessary to correct the temperature dependence, but even though e can be theoretically analysed, I 11 cannot be analyzed, so the reliability of measurement accuracy is not sufficient.

そこで、本発明は、上記した半導体の深い準位の光評価
法において、過渡応答での指数関数の係数の温度依存性
を補正する必要なく、簡便な解析により深い準位を測定
することができる半導体計:′正方法を提供せんとする
ものである。
Therefore, in the optical evaluation method of the deep level of a semiconductor described above, the present invention makes it possible to measure the deep level by simple analysis without the need to correct the temperature dependence of the coefficient of the exponential function in the transient response. Semiconductor meter: We aim to provide a positive method.

更に、不発明は、存在する深い準位の全てを可能な限り
検出することが可能な半導体評価方法を提供せんとする
ものである。
Furthermore, it is an object of the present invention to provide a semiconductor evaluation method capable of detecting all existing deep levels as much as possible.

また、本発明は、上記した本発明による半導体評価方法
を効率的に実施できるよう、本発明による半導体評価方
法を実施する際に使用される装置提供せんとするもので
ある。
Further, the present invention aims to provide an apparatus used when implementing the semiconductor evaluation method according to the present invention so that the semiconductor evaluation method according to the present invention described above can be efficiently implemented.

問題点を解決するたカの手段 すなわち、本発明によるならば、高比抵抗半導体結晶に
特定のエネルギーを有する単色光をパルス状に照射して
、光遮断後に、光エネルギーに基く前記半導体結晶の過
渡電流を適当な間隔で複数サンプリング測定し、光遮断
後の過渡電流を示す式のフーリエ変換された式に適用し
て、深い準位の放出割合eを求め、上記操作を前記半導
体結晶の温度を変えて実施し、各温度における前記eに
基づいてアレニウスプロットして、前記半導体結晶中の
深い準位を求めることを特徴とする半導体評価方法が提
供される。
According to the present invention, a means for solving the problem is to irradiate a high resistivity semiconductor crystal with monochromatic light having a specific energy in a pulsed manner, and after the light is cut off, the semiconductor crystal changes based on the light energy. The transient current is measured at multiple sampling intervals at appropriate intervals, and applied to the Fourier-transformed equation of the equation representing the transient current after light cutoff to obtain the deep level emission ratio e, and the above operation is repeated depending on the temperature of the semiconductor crystal. There is provided a semiconductor evaluation method, characterized in that the deep level in the semiconductor crystal is determined by performing an Arrhenius plot while changing the value e at each temperature.

更に、本発明によるならば、白色光源と、該白色光源か
らの光を受けて特定の波長の光を選択して半導体試料に
照射する分光器と、前記白色光源と分光器との間に置か
れたシャッタと、前記半導体試料の温度を可変する温度
制御手段と、前記半導体試料の温度を測定する温度測定
手段と、前記半導体試料の電流を測定する電流計と、前
記分光器を制御して特定の波長の光を選択し、前記シア
ツタを開閉してその特定の波長の光パルスを前記半導体
試料に照射する一方、前記温度測定手段を出力に基づい
て前記温度制御手段を制御して前記半導体試料を特定の
温度にしてその温度における前記光パルス後の前記電流
計の出力を適当な間隔で複数サンプリングしする制御/
演算手段とを具備することを特徴とする半導体評価装置
が提供される。
Furthermore, according to the present invention, a white light source, a spectroscope that receives light from the white light source, selects light of a specific wavelength, and irradiates the semiconductor sample with the selected light, and a spectrometer that is placed between the white light source and the spectroscope. a shutter that has been opened, a temperature control means for varying the temperature of the semiconductor sample, a temperature measurement means for measuring the temperature of the semiconductor sample, an ammeter for measuring the current of the semiconductor sample, and a temperature control means for controlling the spectrometer. Light of a specific wavelength is selected and the shutter is opened and closed to irradiate the semiconductor sample with a light pulse of the specific wavelength. control for setting the sample to a specific temperature and sampling the output of the ammeter after the light pulse at that temperature in multiple numbers at appropriate intervals;
There is provided a semiconductor evaluation device characterized by comprising a calculation means.

誰涯 上記した本発明による半導体評価方法において、特定の
波長の光を半導体試料に照射することちより、半導体試
料中の特定の活i生化エネルギー以下の深い準位におけ
るキャリアのみが励起され、その結果、光遮断後の半導
体試料の過渡電流変化は、1(t)−Ioo−’−,e
1.exp(−et)但し、工■は定常電流。
In the semiconductor evaluation method according to the present invention described above, by irradiating a semiconductor sample with light of a specific wavelength, only carriers in deep levels below a specific activation energy in the semiconductor sample are excited, and their As a result, the transient current change of the semiconductor sample after light interruption is 1(t)-Ioo-'-,e
1. exp (-et) However, ■ is a steady current.

eは深い準位の電子(正孔)の放出割合であり、温度依
存性をもつ。
e is the emission rate of deep level electrons (holes) and is temperature dependent.

1oは捕獲断面積、光によって励起された電子(正孔)
密度、電子(正孔)熱速度などによって決定されるもの
であり、光強度依存性、温度依存性を有する因子である
1o is the capture cross section, electrons (holes) excited by light
It is determined by density, electron (hole) thermal velocity, etc., and is a factor that has light intensity dependence and temperature dependence.

で与えられ、サンプリング区間CtoSt、+T)(1
,は光、a断後の最初のサンプリンタ時間、Tはサンプ
リング区間)でフーリエ展開すると、1(t)−a、/
2 +b、sin (2πn(t −t、)/T) ’:l
    (1)で表される。
and the sampling interval CtoSt,+T)(1
, is the first sampler time after the light, a, and T is the sampling period), then 1(t)-a, /
2 +b, sin (2πn(t - t,)/T)':l
It is expressed as (1).

上記式におけるフーリエ係数an、1)n(n≧1)は
それぞれ、以下のように表わされる。
The Fourier coefficients an, 1)n (n≧1) in the above equation are respectively expressed as follows.

an=2eT(Ioe/2)exp(−eta)・(e
xp(−e T)−1) / ((e T)2+(2r
r n)2)bn=lrn(1,e/2)exp(−e
 t、)−(exp(−e T)−1) / ((eT
)2+(2;r h)2)・′2) これより、フーリエ係数an1bnはeの関数となって
いることがわかる。フーリエ係数比(b n / bm
、a n / b m、a 、、/ k) n)あるい
は、Ioの温度依存1生が無視できる場合には、フーリ
エ係数の理論値(上式(2)右辺)との比較から各温度
でのeの値を求める。そして、eの温度依存性に基づい
て、従来と同様な方法すなわちアレニウスプロットてI
テい準位を解析する。上記方法において、ツーIJ。
an=2eT(Ioe/2)exp(-eta)・(e
xp(-e T)-1) / ((e T)2+(2r
r n)2) bn=lrn(1,e/2)exp(-e
t,)-(exp(-e T)-1)/((eT
)2+(2;r h)2)・'2) From this, it can be seen that the Fourier coefficient an1bn is a function of e. Fourier coefficient ratio (bn/bm
, a n / b m, a , , / k) n) Alternatively, if the temperature dependence of Io can be ignored, then from a comparison with the theoretical value of the Fourier coefficient (the right-hand side of equation (2) above), at each temperature Find the value of e. Then, based on the temperature dependence of e, we used the same method as before, namely Arrhenius plot.
Analyze the energy level. In the above method, two IJ.

係(′に比)よ、温度依存性を有ししかも理論的に解析
不能なIl、が消去されるので、従来問題であった温実
依存性による補正処理をすることなく深い準位を求める
ことができる。
(compared to '), since Il, which has temperature dependence and cannot be analyzed theoretically, is eliminated, the deep level can be found without correction processing due to the warm real dependence, which was a conventional problem. be able to.

実施例 以下、添付図面を参照して本発明による半導体1;−1
ζ価方法及びその実施装置の実施例を説明する。
EXAMPLE Hereinafter, semiconductor according to the present invention 1;-1 will be described with reference to the accompanying drawings.
An example of a zeta value method and an apparatus for implementing the method will be described.

第1ヌIは、本発明による半導体評価方法を実施する装
置の構成図であり、参照番号1は、制御/演算手段とし
て機能する計算機であり、その計算世1は、白色光源の
ような光源2の前に配置された分光器3を制御して特定
の波長の光を選択して出力させる。そして、その分光器
3の前に置かれたンアノタ4;よ、計算機1により制御
されて所定の間隔で且つ所定の開放期間を持って開閉し
、第2図(a)に示すような光パルスを、試料室をなす
タライオスクット5内の半4体試料Sに照射する。
1 is a block diagram of an apparatus for carrying out the semiconductor evaluation method according to the present invention, and reference number 1 is a computer that functions as a control/arithmetic means, and the computer 1 is a light source such as a white light source. A spectroscope 3 placed in front of the spectrometer 2 is controlled to select and output light of a specific wavelength. Then, an annotator 4 placed in front of the spectrometer 3 opens and closes at predetermined intervals and with a predetermined open period under the control of the computer 1, producing light pulses as shown in FIG. 2(a). is irradiated onto the half-quadruple sample S in the Talaios cut 5 forming the sample chamber.

クライオスタット5には、熱電対6カ頌己置され、その
熱電対6に接続された電圧計6△によりクライオスタッ
ト5内すなわち半導体試料Sの温度が測定され、その温
度のデータは計算機1に供給される。また、クライオス
タンド5には、ヒータ7が置かれ、そのヒータ7に接続
されたヒータ電1原7Aは、計算機1の制御により作動
させられ、必要な温度に半導体試料Sを昇温するようヒ
ータTを加熱するようになされている。更に、゛V−導
体試料Sの電流を検出するための電流計8が設けろれ、
その検出電流’;+’jは計算機”1に供給される。そ
して、その計算機1は、集債したデータを処理して、必
要なデータをプロッタ9にプロットさせる。
The cryostat 5 is equipped with six thermocouples, and a voltmeter 6△ connected to the thermocouple 6 measures the temperature inside the cryostat 5, that is, the semiconductor sample S, and the temperature data is supplied to the computer 1. Ru. Furthermore, a heater 7 is placed in the cryostand 5, and a heater power source 7A connected to the heater 7 is operated under the control of the computer 1, and the heater 7 is activated to raise the temperature of the semiconductor sample S to a required temperature. It is designed to heat the T. Furthermore, an ammeter 8 for detecting the current of the V-conductor sample S is provided,
The detected current ';+'j is supplied to the computer '1.The computer '1 then processes the collected data and causes the plotter 9 to plot the necessary data.

以上のような装置を使用して、本発明による半導体評価
方法は次のように実施できる。
Using the above-described apparatus, the semiconductor evaluation method according to the present invention can be carried out as follows.

すなわち、計算(幾1の制御の下に、(1)光源2の白
色光から分光器3を駆動して特定の波長すなわちエネル
ギーを杓する単色光を得る。(2)ンアッター4のオン
・オフによって半導体試料Sへの光照射あるいは光遮断
の制御を第2図(a)に示すように行なう。(3)それ
と並行して、電圧計6Aで熱電対6の熱起電力を計り、
クライオスタット5の中;=試料の温度を測定する。(
4)光遮断後に、第2図(b)に示すように、電流計8
により過渡電流を時刻t0から時刻to、−I−Tまで
時間間隔△tで合計に点測定する。なお、T= (K−
1)X△to(5)K個の過渡電流値に対して離数フー
リエ変換を施して、すなわち上記した式(1)及び(2
)に適用して、上記放出割合eを求める。(6)以上の
処理を半導体試ネ4Sの温度を変えて繰り返す。(7)
そして、但し、Aは捕獲11升面偵を含む項から温度成
分を消去した項 のl′j:1係が成立するので、以上のようにして集債
されたデータを適用して、1 / TとT2/eとの関
係を示ずり′ラフをアレニウスプ0.7 )により作成
し、そのプロットされた点を結ぶ11(聾の勾配から活
性化エネルギーE tcずなわち1ズい準位を求める。
That is, under the control of calculations (1), (1) drive the spectroscope 3 from the white light of the light source 2 to obtain monochromatic light that captures a specific wavelength, that is, energy; (2) turn on/off the light source 4; The light irradiation or light interruption to the semiconductor sample S is controlled as shown in FIG.
Inside the cryostat 5;=Measure the temperature of the sample. (
4) After cutting off the light, as shown in Figure 2 (b), the ammeter 8
The transient current is measured in total at time intervals Δt from time t0 to time to, -IT. Note that T= (K−
1) X△to(5) Perform a discrete Fourier transform on the K transient current values, that is, the above equations (1) and (2)
) to determine the above release rate e. (6) Repeat the above process by changing the temperature of the semiconductor test tube 4S. (7)
Then, for A, the term l'j:1 holds true, which is the term in which the temperature component is removed from the term that includes the captured 11 square squares, so by applying the data collected in the above manner, 1/ Create a rough diagram showing the relationship between T and T2/e using Arrhenius sp0.7), and connect the plotted points using demand.

(]8)更に、測定i!、7度を高め且つ深い痺−位を
可能な限り検出するためには、上記した(1)から(7
)までの処理1)!を分光器3による選択波長を変えて
実施する。
(]8) Furthermore, measurement i! , in order to increase the 7th degree and detect as deep a numb position as possible, from (1) to (7) described above.
) Processing up to 1)! is carried out by changing the wavelength selected by the spectrometer 3.

かくして、半導体試料の深い準位の活性化エネルギー、
捕獲断面+i′1を求めることができる。
Thus, the activation energy of the deep level of the semiconductor sample,
The captured cross section +i'1 can be determined.

第3図は、本発明の以上のような方法により高比抵抗ア
ンドープ[+1.鞠結晶(ρ−108Ωcm)の深−準
位を測定した例を示したものである。横軸は泡封温度、
縦軸は1次の離数フーリエ変換す、(光DLFS信号)
であり、パラメータは照射単色光のエネルギーである。
FIG. 3 shows high resistivity undoped [+1. This figure shows an example of measuring the deep level of a ball crystal (ρ-108 Ωcm). The horizontal axis is the bubble sealing temperature;
The vertical axis is the first-order discrete Fourier transform (optical DLFS signal)
, and the parameter is the energy of the irradiated monochromatic light.

(3号においてピークを示す形状は深い準位が存在する
ことを示すものである。
(The shape showing the peak in No. 3 indicates the existence of a deep level.

そして、そのように測定された温度とす、の値との関係
より、いくつかの深い・唐位について1/T具体的には
1000 / TどT′/eとの関係をアレニウスプロ
ットにより作成したグラフが第4図である。なお、第3
図には、検出された6腫の深い・草。
Then, from the relationship between the measured temperature and the value of , we created a relationship between 1/T, specifically 1000/T, and T'/e for some deep points using an Arrhenius plot. The resulting graph is shown in Figure 4. In addition, the third
The figure shows 6 detected deep grasses.

位に記号を付した。第3図より、エネルギーの変化にと
もなって、深い準位の信号強度が系統的に変化している
ことがわかる。
A symbol is attached to the position. From FIG. 3, it can be seen that the signal strength of the deep level changes systematically as the energy changes.

第3図及び第71図を検討するならば、■本発明の方法
によれば、フーリエ変換を応用すること1=より、過渡
応答ての係数I。の温度依存性を補正することなく、過
渡応答を解析できることがわかろう。特に、第4図にお
いて、E+は、IOの温度依存性を無視してb1/Io
から求めたものであるが、E2及びE、は、1.の温度
依存性を51視してb1/Ioから求めたものと、Io
を消去できるb1/b2及びa+/a2から求めたもの
とがほぼ近(以していることがわかろう。しかし、b1
/Ioかろ求めたものは、Ioの温度依存性を無視して
成る値に仮定した結果であり、結果としてその仮定が実
際に近似していたが、測定値としては、bz/b。
Examining FIG. 3 and FIG. 71, it can be seen that: (1) According to the method of the present invention, the coefficient I of the transient response is obtained by applying the Fourier transform. It can be seen that the transient response can be analyzed without correcting the temperature dependence of . In particular, in FIG. 4, E+ is b1/Io, ignoring the temperature dependence of IO.
E2 and E are calculated from 1. The temperature dependence of is calculated from b1/Io, and Io
The value obtained from b1/b2 and a+/a2, which can eliminate
The value obtained from /Io is the result of assuming a value that ignores the temperature dependence of Io, and as a result, the assumption was actually approximate, but as a measured value, bz/b.

及びal/a2から求めたものが信頼できる。and al/a2 are reliable.

■E1の深い準位は、照射エネルギーが0.78 e 
V以下では励起されず、0.85 e V以上のエネル
ギーで励起可能であり、また、E3、E6の深い準位は
、0、70 e V以下では、励起されないが、0.7
8 e V以上では励起可能である。これより、照射光
のエネルギーを変えることによって特定の深い準位にお
けるキャリアの励起が可能となり、深い準位間の一粗互
作用などを考慮することなく、深い準位の解析が可能と
なり、解析が容易になる。
■The deep level of E1 has an irradiation energy of 0.78 e
It is not excited at energies below V, but can be excited at energies above 0.85 e V, and the deep levels of E3 and E6 are not excited at energies below 0.70 e V.
Excitation is possible above 8 eV. This makes it possible to excite carriers in specific deep levels by changing the energy of the irradiated light, making it possible to analyze deep levels without considering gross interactions between deep levels. becomes easier.

■E3、E4の深い準位は、照射エネルギーが1.11
0eVの時、信号が微弱で解析が困難であるが、1、0
0 e V程度の照射光では、解析が可能である。
■The deep levels of E3 and E4 have an irradiation energy of 1.11
At 0eV, the signal is weak and difficult to analyze, but at 1,0
Analysis is possible with irradiation light of about 0 eV.

これより単一波長の照射では、解析が不可能な深い準位
でも、照射光のエネルギーを変えることによって解析が
可能となる。
This makes it possible to analyze even deep levels that cannot be analyzed with single-wavelength irradiation by changing the energy of the irradiated light.

■第3図において、各温度において過渡応答を解析する
という本発明の原理から、信号曲線のピーク以外の点も
深い準位の解析に供することができる。これより、測定
の効率が上がり、解析精度が向上する。また、従来法に
おいて不可欠なピーク温度の判定が不要となる利点もあ
る。
(2) In FIG. 3, points other than the peak of the signal curve can also be used for analysis of deep levels due to the principle of the present invention of analyzing the transient response at each temperature. This increases measurement efficiency and improves analysis accuracy. Another advantage is that the determination of peak temperature, which is essential in conventional methods, is not necessary.

■更に、光DLTS法ではサンプリングの2つの時刻t
1、t2が所定の比以上なければならないが、本発明で
は、そのよ、うな制約なしに任意のサンプリング間隔と
サンプリング数を採用できる。
■Furthermore, in the optical DLTS method, two sampling times t
1 and t2 must be at least a predetermined ratio, but in the present invention, any sampling interval and sampling number can be adopted without such restrictions.

また、使用するフーリエ係数の組合せも任意のものを採
用できる。
Furthermore, any combination of Fourier coefficients can be used.

発明の詳細 な説明したように、本発明による方法によれば、特定の
エネルギーの単色光を試料に照射し、光遮断後の過渡応
答をフーリエ変換の手法を用いるものであるから、高比
抵抗半導体中の深い準位評髄において、過渡応答での指
数関数の係数の温度依存性を補正する必要がないので簡
便に解析でき、また、特定の活性化エネルギー以下の深
い準位におけるキャリアの遷移を取扱うことができるた
めに深い準位の解析が単純化され、かつ容易になる。
As described in detail, according to the method of the present invention, a sample is irradiated with monochromatic light of a specific energy, and the transient response after the light is cut off is measured using a Fourier transform method, so that high resistivity can be obtained. In deep level evaluation in semiconductors, there is no need to correct the temperature dependence of the coefficient of the exponential function in the transient response, making analysis easy. This simplifies and facilitates the analysis of deep levels.

更には、照射光のエネルギーを連続的に変化させて、異
なる波長でのデータを得ることにより、光DLFS信号
曲線において、解析に供するデータ数が豊富になり、可
能な限りの深い準位の検出ができ、深い準位の解析精度
が向上する。
Furthermore, by continuously changing the energy of the irradiation light and obtaining data at different wavelengths, the amount of data that can be used for analysis in the optical DLFS signal curve is enriched, making it possible to detect the deepest levels possible. This improves the accuracy of deep level analysis.

従って、本発明を、高速半導体素子の基板となる高比抵
抗GaAs結晶などの化合物半導体結晶の深い準位の検
出および解析に適用するならば、基板の高品質化に寄与
するものである。
Therefore, if the present invention is applied to the detection and analysis of deep levels in compound semiconductor crystals such as high resistivity GaAs crystals that serve as substrates for high-speed semiconductor devices, it will contribute to improving the quality of the substrates.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明による半導体評価方法を実施する本発
明による装置の構成図である。 第2図(a)および(b)は、本発明による半導体評価
方法にふける光の照射方法と電流のサンプリング方法を
図解する波形図である。 第3図及び第4図は、高比抵抗アンドープGaAs結晶
について、本発明による半導体評価方法により得られた
データの1例を示すグラフである。 〔主な参照番号〕 1°計算機、 2 光源、 3 分光器、4 シャッタ
、  5 クライオスタット、6 熱電対、6A 電圧
計、 7 ヒーター、7A ヒーター電源、 8 電流計、 9 プロッタ S 半導体試料 特許出願人  日本電信電話公社 代 理 人  弁理士 新居正彦 第2図 ”  T= (K−1)笥
FIG. 1 is a block diagram of an apparatus according to the present invention that implements a semiconductor evaluation method according to the present invention. FIGS. 2(a) and 2(b) are waveform diagrams illustrating the light irradiation method and current sampling method used in the semiconductor evaluation method according to the present invention. FIGS. 3 and 4 are graphs showing an example of data obtained by the semiconductor evaluation method according to the present invention for a high resistivity undoped GaAs crystal. [Main reference numbers] 1° computer, 2 light source, 3 spectrometer, 4 shutter, 5 cryostat, 6 thermocouple, 6A voltmeter, 7 heater, 7A heater power supply, 8 ammeter, 9 plotter S semiconductor sample patent applicant Nippon Telegraph and Telephone Public Corporation representative Patent attorney Masahiko Arai Figure 2 T= (K-1)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)高比抵抗半導体結晶に特定のエネルギーを有する
単色光をパルス状に照射して、光遮断後に、光エネルギ
ーに基く前記半導体結晶の過渡電流を適当な間隔で複数
サンプリング測定し、光遮断後の過渡電流を示す式のフ
ーリエ変換された式に適用して、深い準位の放出割合e
を求め、上記操作を前記半導体結晶の温度を変えて実施
し、各温度における前記eに基づいてアレニウスプロッ
トして、前記半導体結晶中の深い準位を求めることを特
徴とする半導体評価方法。
(1) A high resistivity semiconductor crystal is irradiated with monochromatic light having a specific energy in a pulsed manner, and after the light is cut off, the transient current of the semiconductor crystal based on the light energy is measured in multiple samples at appropriate intervals, and the light is cut off. By applying the Fourier-transformed expression of the expression for the later transient current, the deep level emission fraction e
A method for evaluating a semiconductor, characterized in that the above operation is performed while changing the temperature of the semiconductor crystal, and an Arrhenius plot is performed based on the e at each temperature to determine a deep level in the semiconductor crystal.
(2)前記測定を、前記単色光の波長を連続的に変えて
実行することを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記
載の半導体評価方法。
(2) The semiconductor evaluation method according to claim (1), wherein the measurement is performed by continuously changing the wavelength of the monochromatic light.
(3)白色光源と、該白色光源からの光を受けて特定の
波長の光を選択して半導体試料に照射する分光器と、前
記白色光源と分光器との間に置かれたシャッタと、前記
半導体試料の温度を可変する温度制御手段と、前記半導
体試料の温度を測定する温度測定手段と、前記半導体試
料の電流を測定する電流計と、前記分光器を制御して特
定の波長の光を選択し、前記シャッタを開閉してその特
定の波長の光パルスを前記半導体試料に照射する一方、
前記温度測定手段を出力に基づいて前記温度制御手段を
制御して前記半導体試料を特定の温度にしてその温度に
おける前記光パルス後の前記電流計の出力を適当な間隔
で複数サンプリングしする制御/演算手段とを具備する
ことを特徴とする半導体評価装置。
(3) a white light source, a spectrometer that receives light from the white light source, selects light of a specific wavelength, and irradiates the semiconductor sample with the selected light, and a shutter placed between the white light source and the spectrometer; temperature control means for varying the temperature of the semiconductor sample, temperature measurement means for measuring the temperature of the semiconductor sample, ammeter for measuring the current of the semiconductor sample, and controlling the spectrometer to generate light of a specific wavelength. while opening and closing the shutter to irradiate the semiconductor sample with a light pulse of the specific wavelength;
Controlling the temperature control means based on the output of the temperature measurement means to set the semiconductor sample at a specific temperature and sample the output of the ammeter after the light pulse at that temperature in multiple numbers at appropriate intervals. 1. A semiconductor evaluation device comprising: calculation means.
(4)前記制御/演算手段は、前記分光器を制御して、
前記半導体試料に照射する光の波長を連続的に変えて、
上記処理を実行することを特徴とする特許請求の範囲第
(3)項記載の半導体評価装置。
(4) The control/calculation means controls the spectrometer,
Continuously changing the wavelength of light irradiated to the semiconductor sample,
A semiconductor evaluation device according to claim 3, characterized in that the above processing is executed.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63261846A (en) * 1987-04-20 1988-10-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Evaluation of semiconductor characteristics
JPH0297034A (en) * 1988-10-03 1990-04-09 Agency Of Ind Science & Technol Measurement of deep level in semiconductor and device therefor
JPH0528361U (en) * 1991-08-28 1993-04-16 スキー・ロシニヨール・ソシエテ・アノニム Golf club head

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