Глубина нарушений поверхностного слоя кремния при механиче­ской обработке определяется по результатам измерений характер­ного длці этого материала пика отражения в ультрафиолетовой об­ласти спектра при Я=0,28 мкм. Заметное различие в спектральном положении ультрафиолетовых пиков отражения для наиболее рас­пространенных полупроводниковых материалов [25, 185], зависящее от особенностей их зонной структуры [10, И, 58], позволяет с вы-

«j

сокои точностью измерить толщину и состав отдельных слоев в гете­роструктурах по результатам оптических измерений.

Свойства солнечных элементов и гетеропереходов на основе’ гетероструктуры фосфид галлия—арсенид галлия (GaP— GaAs) изу­чались на сравнительно толстых слоях фосфида галлия, получен* ных диффузией фосфора в арсенид галлия [251]. Проводилось тща­тельное измерение коэффициента отражения в ультрафиолетовой и видимой областях спектра при последовательном снятии с поверхг

Рис. 2.37. Зависимость положения максимума отражения в ультрафиолетовой области спектра от толщины удаленного механической полировкой слоя фос­фида галлия с поверхности гетероперехода GaP—GaAs

Штриховая линия — р—n-переход в фосфиде галлия, полученный термодиффузией цинка

Рис. 2.38. Изменение спектральной зависимости коэффициента отражения в инфракрасной области гетероперехода n-GaAs (толщиной 150 мкм)—ra-Ge

1 — исходное состояние, 2 — после удаления поверхностных слоев арсенида галлия до границы с сильнолегированным германием при ‘концентрации электронов 3 1019 см-3,

3— 5 — после снятия слоя германия толщиной 3—5, 8—12 и 15 мкм соответственно

Рис. 2.39. Зависимость интегрального коэффициента теплового излучения при температуре 30° С от концентрации свободных носителей заряда в образцах арсенида галлия р-типа

ности гетеропереходов механической полировкой слоев фосфида лия толщиной 5—6 мкм. Только после удаления слоя фосфида гал­лия толщиной около 60 мкм характерный для него ультрафиолето­вый пик отражения при Я=0,34 мкм сместился до Я—0,42 мкм (рис. 2.37) — положение максимума отражения, типичное для моно — кристаллического арсенида галлия. Положение ультрафиолетового максимума не зависит от концентрации примесей и типа проводи­мости; это позволяет четко зафиксировать толщину всего слоя фос­фида галлия и определить положение гетероперехода, чему способ —

ствуег также высокое значение коэффициента поглощения обоих слоев в ультрафиолетовой области спектра (контрольные измерения показали, что слои фосфида галлия становятся прозрачными при

0,5 мкм).

Когда полупроводниковые слои в гетеропереходах достаточно сильно отличаются по концентрации легирующей примеси, границу гетеропереходов легко определить с помощью оптических измере­ний—по спектрам отражения в инфракрасной области. Изучались свойства гетеропереходов арсенид галлия—германий, полученных эпитаксиальным наращиванием в иодидном процессе слоя арсенида галлия толщиной 150 мкм на толстые германиевые подложки п — или p-типа. Предполагалось, что поверхностный слой германия на гра­нице с пленкой арсенида галлия обогащался в ходе процесса эпитак­сии мышьяком и превращался в слой вырожденного электронного германия [252]. Оптические измерения коэффициента отражения (в инфракрасной области спектра) полученных гетероетруктур по мере удаления слоев со стороны арсенида галлия (рис. 2.38) позво­лили не только подтвердить сделанное предположение, но и опреде­лить толщину сильнолегированного слоя германия. Плавная моно­тонная кривая спектрального распределения коэффициента отраже­ния поверхности слоя арсенида галлия (см. рис. 2.38, кривая 1) после его удаления сменилась характерной для сильнолегированных полупроводников кривой с четко выраженным минимумом плазмен­ного резонанса (кривая 2). Концентрация легирующей примеси в этом слое уменьшалась по мере удаления от границы гетероперехода (кривые 3, 4), пока (после удаления слоя толщиной около 15 мкм) коэффициент отражения стал практически полностью определяться сравнительно слаболегированной подложкой германия (кривая 5). Присутствие мышьяка в германии вблизи границы гетероперехода было подтверждено с помощью рентгеновского микроанализатора [252]. При этом падающий на образцы электронный луч переме — щался с шагом 5 мкм вдоль косого шлифа, изготовленного под уг­лом 3°. Фиксировалась линия мышьяка ка при ускоряющем напря — женин 50 кВ. Распределение концентрации мышьяка, полученное в ходе рентгеновского анализа, качественно совпало с результатами оптических исследований в инфракрасной области спектра.

Ярко выраженная зависимость коэффициента отражения в ин — фракрасной области спектра от концентрации свободных носителей заряда в полупроводниковых кристаллах и слоях позволяет исполь — зовать для оптических исследований не трудоемкие и сравнительно длительные спектральные измерения, а экспресс-методы, основанные на определении интегрального коэффициента теплового излучения поверхности є полупроводниковых образцов, например, с помощью терморадиометра ФМ-63. В этом случае для измерений достаточно нескольких секунд [23]. Интегральный коэффициент теплового из­лучения для непрозрачных образцов полностью определяется спект­ральным ходом распределения коэффициента отражения в инфра-

УР1" ■■ ……. ………………… ………………….. —.. .. . 1 ……….

красной области. Зависимость коэффициента 8 от концентрации сво­бодных носителей заряда в образцах арсенида галлия p-типа пред­ставлена на рис. 2.39 [42]. Контрольные значения концентрации носителей в этих образцах были получены с помощью холловских измерений.