GB/T 17170-2015 半绝缘砷化镓单晶深施主EL2浓度红外吸收测试方法

　　ICS 77. 040 H 17

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 17170—2015代替 GB/T 17170—1997

　　半绝缘砷化镓单晶深施主 EL2

　　浓度红外吸收测试方法

　　Testmethod fortheEL2deep donorconcentration in semi-insulating gallium arsenidesinglecrystalsbyinfrared absorption spectroscopy

　　2015-12-10发布 2016-07-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 17170—2015

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准代替 GB/T 17170—1997《非掺杂半绝缘砷化镓单晶深能级 EL2浓度红外吸收测试方法》。本标准与 GB/T 17170—1997相比 ,主要有以下变化 :

　　— 修改了标准名称 ;

　　— 增加了 “规范性引用文件”“术语和定义”“干扰因素 ”和 “测试环境 ”等章 ;

　　— 扩展了半绝缘砷化镓单晶电阻率范围 ,将电阻率大于 107 Ω · cm 修改为大于 106 Ω · cm;

　　— 将范围由 “非掺杂半绝缘砷化镓单晶 ”修改为 “非掺杂和碳掺杂半绝缘砷化镓单晶 ”;

　　— 删除了 0. 4 mm~ 2 mm 厚度测试样品的解理制样方法 。

　　本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203) 与全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分会(SAC/TC203/SC2)共同提出并归 口 。

　　本标准起草单位 :信息产 业 专 用 材 料 质 量 监 督 检 验 中 心 、天 津 市 环 欧 半 导 体 材 料 技 术 有 限 公 司 、中国电子材料行业协会 。

　　本标准主要起草人 :何秀坤 、李静 、张雪囡 。

　　本标准所代替标准的历次版本发布情况为 :

　　—GB/T 17170—1997。

　　半绝缘砷化镓单晶深施主 EL2

　　浓度红外吸收测试方法

　　1 范围

　　本标准规定了半绝缘砷化镓单晶深施主 EL2浓度的红外吸收测试方法 。

　　本标准适用于电阻率大 于 106 Ω · cm 的 非 掺 杂 和 碳 掺 杂 半 绝 缘 砷 化 镓 单 晶 深 施 主 EL2浓 度 的测定 。

　　本标准不适用于掺铬半绝缘砷化镓单晶深施主 EL2浓度的测定 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 14264 半导体材料术语

　　3 术语和定义

　　GB/T 14264界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　EL2浓度 EL2 concentration

　　EL2(砷化镓单晶中的一种本征缺陷)在砷化镓单晶体内的浓度 。

　　4 方法提要

　　半绝缘砷化镓单晶中深施主 EL2 的红外吸收系数 α 与 EL2浓度具有对应关系 ,测量 1. 097 2 μm处的红外吸收系 数 并 由 经 验 校 准 公 式 可 计 算 EL2 浓 度 。 红 外 吸 收 系 数 α 与 EL2 浓 度 的 关 系 参 见附录A。

　　5 干扰因素

　　5. 1 杂散光到达检测器 ,将导致 EL2浓度测试结果出现偏差 。

　　5.2 测试样品的测试面积应大于光阑孔径 ,否则可能导致错误的测试结果 。

　　6 仪器

　　6. 1 分光光度计 :能在 0. 8 μm~ 2. 5 μm 范围扫描且零线吸光度波动不应超过 -0. 002~ +0. 002。

　　6.2 千分尺 :精度为 10 μm。

　　GB/T 17170—2015

　　7 测试环境

　　除另有规定外 ,应在下列环境中进行测试 :

　　a) 环境温度为 24 ℃ ±1 ℃ ;

　　b) 相对湿度小于 70% ;

　　c) 测试室应无机械冲击 、振动和电磁干扰 。

　　8 测试样品

　　测试样品厚度为 0. 200 0 cm~0. 400 0 cm ,双面研磨 、抛光 ,使其两表面呈光学镜面 。

　　9 测试步骤

　　9. 1 用千分尺测量测试样品的厚度 ,测量 3~ 5个点 ,取平均值 ,结果保留 4位有效数字 。

　　9.2 将光阑孔径为 ϕ10 mm 的空样品架置于光路上 。

　　9.3 以吸收方式进行扫描 ,做零线校准 ,仔细调整仪器 ,使得在 0. 8 μm~ 2. 5 μm 范围零线吸光度波动不大于 ±0. 002。

　　9.4 将测试样品置于光路 ,使光束对准测试位置 。

　　9.5 在 0. 8 μm~ 2. 5 μm 范围内扫描 , 获得测试样品的吸收光谱 ,得到吸光度 A-波 长 λ 曲 线 , 如 图 1所示 。

　　9.6 重复测试 3 次 ,计算吸光度的平均值 。

　　注 : 样品厚度 0. 386 cm。

　　图 1 典型半绝缘砷化镓单晶测试样品的吸收光谱

　　10 测试结果的计算

　　根据分光光度计记录的测试样品的吸收光谱图 , 由式(1)计算 EL2吸收系数 α:

　　……………………( 1 )

　　式中 :

　　α —EL2吸收系数 ,单位为每厘米(cm-1) ;

　　A1 — 光谱图中 1. 0972 μm 处对应的吸光度值 ;

　　A2 — 光谱图中 2. 000 0 μm 处对应的吸光度值 ;

　　D — 测试样品厚度 ,单位为厘米(cm) 。

　　EL2浓度由式(2)计算 :

　　NEL2 = 1. 25× 1016α ……………………( 2 )

　　式中 :

　　NEL2 —EL2浓度 ,单位为原子数每立方厘米(atoms/cm3 ) ;

　　1. 25×1016 — 标定因子 ,单位为每平方厘米 (cm-2) 。

　　11 精密度

　　11. 1 重复性

　　单一实验室同一试验人员 ,对同一测试样品同一位置重复测试 10次 ,EL2浓度的平均值为 1. 43× 1016atoms/cm3 ,标准偏差为 4. 70×1013atoms/cm3 ,相对标准偏差为 0. 33% 。

　　11.2 再现性

　　同一测试样品 ,3个实验 室 测 试 EL2浓 度 的 平 均 值 为 1. 43× 1016 atoms/cm3 , 标 准 偏 差 为 3. 27× 1014atoms/cm3 ,相对标准偏差为 2. 29% 。

　　12 试验报告

　　试验报告应包括以下内容 :

　　a) 测试样品来源 ;

　　b) 测试样品编号 ;

　　c) 测试仪器名称 ,型号 ;

　　d) 光阑孔径 ;

　　e) 吸收系数和 EL2浓度 ;

　　f) 本标准编号 ;

　　g) 测试者姓名 ,测试单位 ;

　　h) 测试日期 。

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　半绝缘砷化镓单晶红外吸收系数与 EL2浓度的关系

　　A. 1 研究表明 ,砷化镓近红外吸收带完全由 EL2光电离引起 , 因此波长为 λ 的红外吸收系数 α 可如式(A. 1)表示为 :

　　α(λ) = NEL2 [fnδn (λ) + (1-fn)δp (λ)] ……………………( A. 1 )

　　式中 :

　　α —EL2吸收系数 , 单位为每厘米(cm-1) ;

　　NEL2 —EL2浓度 , 单位为原子数每立方厘米(atoms/cm3 ) ;

　　fn — 电子占据率 ;

　　δn (λ) — 波长 λ 处 EL2的电子光电离截面 ;

　　δp (λ) — 波长 λ 处 EL2的空穴光电离截面 。

　　对于 n 型砷化镓 ,费米能级位于 EL2能级之上 ,绝大部分 EL2被电子占据 , 即 fn ≈1,故上式可简化为式(A. 2) :

　　α(λ) = NEL2δn (λ) ……………………( A. 2 )

　　因此测出 α(λ)和 NEL2可获得 NEL2和 α(λ)间转换的标定因子 δn (λ) 。

　　A.2 本标准采用了 Martin的 δn(1. 0972λ)= (1. 25×1016cm-2) - 1 ,使用该标定因子的前提是 :

　　a) fn= 1;

　　范围 内 。 在 1. 097 2 μm 处 EL2 电 子 和 空 穴 光 电 离 截 面 不 同 , δn ( 1. 097 2 μm) = 3δp

　　该方法可靠性降低 。