Введение к работе
Актуальность темы. Успешное раэв...ие науки и техники тесно связано с интенсивным освоением различных полупроводниковых материалов и новых типов структур. Перспективы повышения быстродействия традиционных интегральных схем и уменьшения энергоемкости оп-тоэлектроннкх приборов в значительной степени связываются с полупроводниковыми соединениями АщВу*. в первую очередь, с арсенидом галлия, фосфидом индия, тройными и четверными твердыми растворами, а также многослойными эпитаксиальными структурами на их основе. Эти материалы являются технологически более сложными, чем кремний, однако к ним предъявляются не менее жесткие требования по содержанию остаточных примесей и точечных дефектов, дислокаций, а также по однородгэсти материалов как в масштабах всей пластины (структуры), так и на микроуровне (на площади в несколько микрометров). Дополнительные трудности создают восщиммчивость поверхностей полупроводниковых соединений к воздействию химических факторов и отсутствие стабильного естественного окисла. Детальное изучение взаимодействия примесей и дефектов, диагностика полупроводников на макро- и микроуровнях требуют применения соответствующих методов. Одним из эффективных является микрофотолюминесценция (МФЛ) - быстрый, бесконтактный и чувствительный метод исследования полупроводниковых материалов.
Целью настоящей работы являлосо исследование с использованием метода МФЛ взаимодействия примесей и дефектов в полупроводниковых соединениях АшВу и AjjByj ( GaAs . ІП.Р , CdLSl , CdTe > ч структурах на их основе. Как пример контроля за свойствами многослойных структур продемонстрированы также возможности и результаты МФЛ исследований структурных дефектов- вызывающих ускоренную деградацию полупроводниковых лазеров на основе
Научная новизна. Показано, что в основе явления изменения (. уменшений) интенсивности фотолюминесценции (ФЛ) под сфокусированным лазерный пучком лежат фотоиндуцированные изменения рекомбина-ционных характеристик поверхностей образцов. Последнее имеет место в результате фотохимических реакций в слое собственного оксида и активного звхвата неравновесных носителей, на поверхностные состояния.
На микроуровне исследовано взаимодействие примесей и дефектов
в специально нвлегированном полуизолирующей . Установлено,
что высокотемпературный ( > П00С) отжиг нелегированного моте-риала и нейтронное трансмутационное легирование с дозой 2-»5хЮ нейтрон/см с последующим отжигом при Т~950С материала, компенсированного хромом, могут привести к получению материала с высокой степенью однородности.
ЦФЛ изучение свойств CdTe. , полученного совмещеннш методой синтеза и многократной пересублимации при низких (500-530С> температурах показало, что для фоновой примеси, определяющей основные свойства материала и лвминесцирующей в области —1,3 зВ и ~ 1,36 эВ характерна высокая подвижность и склонность к сегрегации и ком-плексообразованию.
При ММ диагностике многослойных гетероструктур Gafis /J\Gq показано, что легирующая примесь кремния из его скоплений в подложках проникает в направлении роста »питансиальных слоев. При том, если в подложках концентрация кремния достигает 85 атомных процента, то в контактном слое, отстоящем от подложки на 9-П мкм, pro максимальная концентрация составляет ~ 0,5 атомных процента.
Практическая ценность. Результаты исследований мокко непосредственно использовать для оптимизации технологии получения однородных пластин полуиэолирующего Gaits для микро- и опто- электроники.
- з -Применительно к лазерным гетероструктурам'' GaMs /JCGaJIs проде монстрирована эффективность ЫФЛ в нерзірушающей диагностике многослойных эпитаксиальных структур.
Основные результаты работы, выносимые на защиту:
1) Показано, что в экспериментах с использованием техники
МФЛ изменение интенсивности ФЛ под действием лазерного луче в
GaAs ,InP , CcLSc и CdTc связано с фотоиндуированным изменением поверхностных рекомбинационных характеристик.
-
Показано, что при получении нелегированного монокристаллического полуизолирующего GaJtS из расплава с дефицитом мшья-ка, а также при высокотемпературном ( > П00С) отжиге кристаллов происходит гомогенизация материала на макро- и минроуровне в результате прогтранственного перераспределения центров безызлучагель-ной рекомбинации (вероятно на основе мыдьяка), генерированиях на дислокапиях.
-
Установлено, что нейтронное трансмутациокное легирование
с д.озо^ 2 * 5x10 нейтрон/см монокристаллов &аЯ&<Сг>с последующим отжигом при Т ~ 950С достаточно для получения материала с высокой степенью однородности.
-
Для кристаллов с предельно малой концентрацией включений второй фазы получено, что основная фоновая примесь (иэ-лучательные переходы ~1,3 аВ и —1,36 аВ) обладает высокой подвижностью и склонностью к сегрегации и кошлексообразованию.
-
Комбинированные исследования многослойных лазерное гетеро-структур GaAs/JC ОаД$иетодаыи МФЛ, электронной микроскопии и рентгеновского микроанализа показали, что имеет место эффективное проникновение легирующей примеси кремния в направлении роста эпитаксиальных слоев ив его скоплений (выделений второй фазы) в подложках.
Апробация работы. Результаты работы доложены на Международной конференции по електронним материалам (Страсбург, Франция, 1992 год) и на научных семинарах Отделения физики твердого тела ФИАН.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, перечня основных результатов, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации 145 страниц, в том числе 95 страниц машинописного текста и 50 рисунков. Список литературы включает "(16 наименований.