Введение к работе
Диссертационная работа посвящена исследованию собственных точечных дефектов с глубокими уровнями в нелегированных эпитаксиальных слоях арсенида. галлия в зависимости от технологических условий выращивания и последующих обработок (высокотемпературный отжиг и облучение протонами). Актуальность темы. В последние годы GaAs прочно вышел на второе место Г~после si ) по своему значению в современной электронной технике. Достаточно большая ширина запрещенной зоны, високая подвижность носителей заряда и зонная. структура, обуславливающая возможность прямых мекзонных переходов. Обеспечивают большие перспективы применения этого материала для изготовления широкой гаммы оптоэлектронных приборов, приборов СВЧ техники, детекторов ионизирующих излучений и ряда других
УСТРОЙСТВ. В бОЛЬШКТЮТВе Приборов ЭПИТаКСИаЛЬНЫЙ СЛОЙ GaAs,
наращиваемый на подложку, играет роль активной области ролу .роводникового устройства. В связи с этим к качеству эпитаксиальных слоев предъявляются очень высокие требования : высокая чистота слоев и совершенство их структуры, стабильность параметров , возможность воспроизводимого получения заданного профиля концентрации носителей заряда. Характерной особенностью полупроводниковых материалов является сильная зависимость их основных электрофизических параметров не только от содержания примесей, но и от степени совершенства кристаллического строения. Арсенид галлия является бинарным соединением, поэтому .ущественное влияние на свойства эпитаксиальных слогв оказывают собственные точечные дефекты в обеих подрешетках, такие, как вакансии, междоузельные атомы, antisito-дефекты, а также их комплексы. В большинстве случаев собственные точечные дефекты приводят к появлению дополнительных энергетических уровней в запрещенной зоне. Центры безызлучателъной рекомбинации, деградация полупроводниковых лазеров и светодиодов. образование и отздг радиациинных дефектов, значительные изменения
концентрации носителей, заряда, вызванные термической обработкой
- это области, где изучение поведения собственных точечных
дефектов и их взаимодействия с примесями могло бы содействовать
значительному прогрессу э управлении свойствами материала и
создании надежных полупроводниковых приборов..
Научная новизна работы заключается:
- в установлении влияния температуры начала кристаллизации и
высокотемпературного отжига на механизм компенсации
нелегированных эпитаксиальных слоев GaAs, полученных методом
ИфЭ.
в обнаружении зависимости, связанной с контролированием отклонения состава GaAe от стехиометрического, концентрации собственных дефектов с глубокими уровнями от содержания изовалентной примеси ві в растворе-расплаве Ga-ві.
в обнаружении образования EL2 дефекта, проявляющего эффект гашения фотоемкости, при облучении n-GaAs высокознергетичными протонами.
Практическая ценность работы заключается в том, что созданный комплекс методов и полученные с его помощью данные послужили основой для оптимизации технологических режимов выращивания нелегированных эпитаксиальных слоев GaAs и приборных структур на их основе.
Основные положения, выносимые на защиту .-
ТІ Комплекс методов ", включающий установку для проведения фото-электроннозондовых и фотоемкостных' измерений на базе растрового электронного микроскопа , установки оптической токовой и емкостной НСГУ , установку для измерения электрофизических параметров методом Бан-дер-Пау , обладает достаточными возможностями для исследования оптических и термических характеристик дефектов с глубокими уровнями в эпитаксиальных слоях.
2. Механизм компенсации нелегированных эпитаксиальных слоев GaAs.. полученных методом НФЭ. зависит от температуры начала кристаллизации и высокотемпературного отжига .-
- с увеличением Т„ KD растет концентрация собственных точечных
дефектов и расширяется их номенклатура. При Тн>кр^800иС в процессе КФЭ а^сенида галлия происходит образование і-слоя, в компенсации которого наряду с акцепторными дефектами ні.2 и hls
участвует ДОНОрНЫЙ Дефект, ЮДОбНЫЙ EL2 ;
- термообработка эпитаксиальных слоев GaAs при Т0>850С приводит к инверсии проводимости из 1-й п- в р-тип, которая связана с генерацией нового акцепторного дефекта с глубоким уровнем, термическая энергия активации которого равна ед=о.17 эВ. Спектр фотоионизации уровня ед имеет красную границу при энергии. фотона,равной е= о.зб эВ.
3. Изменение содержания изовалентной примеси в і в жидкой фазе
позволяет контролировать концентрацию собственных точечных
ДефеКТОВ, СВЯЗаННЫХ С ОТКЛОНеНИеМ СОСТава GaAs от
стехиометрического.
4. Увеличение содержания ві в жидкой фазе *^ от о до о.э ат.д.
ПРИВОДИТ К уменьшению На ПОРЯДОК КОНЦЄНТрзциИ уровней HL2 И HL5.
-
Природа собственш..: акцепторных дефектов ні_2 и hls связана с вакансией мышьяка.
-
Увеличение содержания изовалентной примеси ві в жидкой фазе выше о.в ат.доли при выращивании эпитаксиальных слоев GaAa методом КФЭ приводит к образованию и росту концентрации новой дырочной ловуики hfi, связанной с собственным точечным дефектом, который отжигается при Т0**>оос с образованием EL2 дефекта. Термическая энергия активации уровня hfi равна о.47 эВ.
7. Облучение GaAs высокоэнергетичными протонами приводит к
образованию Еі.2-дефекта. проявляющего эффект гашения
фотоемкости. Природа EL2 связана с изолированным
antіsite-ДефеКТОМ AsQa.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались й обсуждались на xi Всесоюзной конференции по физике полупроводников ( Кишинев, 1988 ) ; на vi Всесоюзном симпозиуме по РЭМ и аналитическим методам исследования твЗр^лх тел ( Звенигород, 1989 ) ; на і Всесоюзной конференции по физическим основам твбрдотельной электроники (Ленянг'эад, 1989); ьа і Всесоюзной конференции по фотоэлектрическим явтениям
в полупроводниках (Ташкент 1989); на і Меадународной конференции по элитаксиальному росту кристаллов (Будапешт, Венгрия, 1990) Публикации.По материалам диссертации опубликовано 13 научных работ, список которых приведен в конце автореферата. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, а также списка литературы, включающего 141 наименование. Работа содержит 165 страниц машинописного текста, 38 рисунков и 3 таблицы.
Похожие диссертации на Исследования дефектов с глубоким уровнем в нелегированных эпитаксиальных слоях арсенида галлия
