Введение к работе
Актуальность темы. Карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN) -широкозонные полупроводники с большой энергией химической связи. Карбид кремния важен для создания микроэлектронны.х приборов, работающих в экстремальных условиях (радиация, высокие температуры, агрессивные среды). Нитрид галлия (прямозоннып полупроводник) находит все большее применение при изготовлении коротковолновых светодиодов и лазеров.
Для целенаправленного изменения свойств широкозонных полупроводников и создания приборов на их основе необходимо установление природы собственных примесных дефектов и их комплексов. Важная проблема - направленное легирование кристаллов и создание полуизолирующих слоев этих материалов. Актуальна проблема изучения неконтролируемых примесей переходных элементов, так как они могут сильно влиять как на электронные, так и на оптические свойства полупроводника. В связи с развитием волоконно-оптических средств связи появилась проблема введения и изучения редкоземельных (РЗ) примесей в SiC. SiC. Br может быть использован для создания оптических систем. работающих в полосе прозрачности волоконной оптики на длине волны !.5 мкм.
Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) - мощный метод исследования микроструктуры собственных и примесных дефектов в полупроводниках. Использование этого метода позволяет обнаружить парамагнитный дефект в полупроводнике, однозначно установить состав дефекта, его симметрию и окружение. ЭПР дает широкую информацию об электронной структуре дефекта.
Цели настоящей работы:
1. Исследование методом ЭПР акцепторных примесей III группы (В, А!. Ga), создающих глубокие уровни в запрещенной зоне SiC. Установление микроскопической и электронной структуры этих примесей.
2 Изучение ЭПР редкоземельных примесей в кристаллах 6H-SiC:Er. Установление микроскопической структуры примесей эрбия в карбиде кремния.
3. Поиск и изучение ЭПР примесей переходных элементов в номинально чистых кристаллах GaN. выращенных сублимационным сэндвич-методом.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Впервые проведены исследования глубокой акцепторной примеси бора
з 6Н-, 4Н- и ЗС-SiC. Установлена микроскопическая и электронная
структура бора в карбиде кремния. 1 Впервые наблюдались и исследованы методом ЭПР акцепторы галлия и
алюминия с глубокими уровнями в бН-SiC. Установлена их структура.
-
Впервые проведены исследования ЭПР эрбия в кристаллах 6H-SiC.
-
Впервые исследованы примеси марганца и никеля в GaN.
Основные положения, выносимые на защиту;
-
Акцепторы 111 группы с глубокими уровнями в гексагональных (6Н и 4Н) политипах карбида кремния представляют собой примесь В. AI или Ga в узле кремния и вакансию углерода в узле, соседнем с примесью вдоль е-оси в трех неэквивалентных положениях в решетке.
-
Неспаренный электрон, ответственный за парамагнитный резонанс глубокого акцептора, локализован в области вакансии углерода. На примесном атоме локализована только малая часть (1-4%) плотности неспаренного электрона.
-
В кристаллах 6H-SiC:Er существуют два типа примесных центров эрбия, имеющих аксиальную и орторомбическую симметрии.
-
Аксиальные центры представляют собой ион ErJ . замещающий кремний в регулярной решетке. Оргоромбические центры включают, наряду с Ег"' а узле кремния, другой дефект (вакансию углерода или атом кислорода) в соседнем узле углерода. Ось центра не совпадает с с-осью кристалла для всех трех неэквивалентных положений эрбия в решетке.
5. В изученных номинально чистых кристаллах GaN, выращенных сублимационным сэндвич-методом, присутствуют примеси марганиа. Мтг* Ocf), и никеля. Ni~'4 (3d), замещающие галлий. Установлены параметры спинового гамильтониана для этих центров.
Практическая ценность. Широкозонные материалы, изученные в работе. перспективны для создания приборов опто- и микроэлектроники, а также электроники высоких частот и мощностей. Идентификация глубоких примесей акцепторов 111 группы в SiC может быть использована для ЭПР-диагностики этих материалов, для оптимизации технологических процессов роста и легирования кристаллов и получения полуизолнругоших слоев SiC. Данные о существовании глубоких акцепторных примесей алюминия и галлия в SiC. сильно влияющих на его свойства, существенны для создания, приборных структур. Показана возможность получения толстых слоев карбида кремния, легированных эрбием в процессе роста. Этот результат может быть использован для создания источников инфракрасного излучения. Идентификация переходных примесей Mir' и Ni2' в номинально чистом GaN позволяет проводить диагностику этого материала.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на семинарах в ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН, Итоговом семинаре по физике и астрономии среди победителей конкурса грантов для молодых ученых (С.Петербург. 1997), ill Всероссийской конференции по физике полупроводников (Москва, 1997), II Всероссийском совещании "Нитрид галлия - структуры и приборы" (С.-Петербург, 1998), а также на международных конференциях: 23d Int. Symp. on Compound Semiconductors (ISCS-23. St.-Petersburg, 1996). VI Russian-German Seminar on defects in insulators and deep levels in semiconductors (St.-Petersburg, 1997). 19th Int. Conf. on Defects in Semiconductors (1CDS-19, Aveiro, Portugal. 1997), 7th Int. Conf. On Silicon Carbide, Ill-Nitrides and Related materials (Stockholm. Sweden. 1997), Int. Conf. "Physics at the Turn of the 21st Century і St. Petersburg, 1998)
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 11 печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Список литературы содержит 97 наименований. Объем диссертации 98 страниц, в том числе 23 рисунка.
