Schottky-barrier capacitance measurements for deep level impurity determination

The time dependence of a Schottky-barrier capacitance due to thermal excitation of trapping centres has been studied. An expression for the junction capacitance is derived which is not restricted to any special range of reverse bias nor to a special relation between shallow and deep impurity concentration. The concentration ratio of shallow to deep centres is calculated from the values of the capacitance at zero and infinite time. From a capacitance vs. time plot the trap emission rate for electrons en is obtained. Their energetic level within the forbidden band-gap is determined from the temperature dependence of en as well as from the capacitance-time variation. Experimental studies which do confirm the calculations were carried out on gold contacts on oxygen-doped n-type GaAs. Representative results of the investigated samples were: shallow donor density 3 × 1015 cm−3, trap density 9·8 × 1015 cm−3, electron emission rate 6 × 10−2 sec−1, energetic level 0·68 eV and capture cross section 7 × 10−16 cm2. Es wurde die Zeitabhängigkeit der Kapazität eines Schottky Kontaktes aufgrund der thermischen Anregung tiefer Störstellen untersucht. Ein Ausdruck für die Sperrschichtkapazität wird hergeleitet, der weder auf einen bestimmten Sperrspannungsbereich noch auf ein besonderes Verhältnis der Konzentration von ‘flachen’ zu ‘tiefen’ Störstellen beschränkt ist. Das Konzentrationsverhältnis ‘flacher’ zu ‘tiefen’ Niveaus wird aus den Kapazitätswerten zur Zeit null und unendlich berechnet. Aus dem Kapazitäts-Zeit Verlauf wird die Emissionsrate der Traps für Elektronen en abgeleitet. Deren energetische Lage im verbotenen Band wird einmal aus der Temperaturabhängigkeit von en und zum anderen aus der zeitlichen Kapazitätsänderung bestimmt. Experimentelle Untersuchungen, die die Rechnungen bestätigen, wurden an Gold Kontakten auf Sauerstoff dotiertem n-leitendem GaAs durchgeführt. Für die untersuchten Proben typische Ergebnisse: flache Donatorendichte 3 × 1015 cm−3, trap Dichte 9·8 × 1015 cm−3, Emissionsrate für Elektronen 6 × 10−2 sec−1, energetische Lage 0×68eV und Einfangquerschnitt 7 × 10−15 cm2.