Введение к работе
Актуальность теш игг.прподання.
Диссертационная работа посвящена исследованию двухслойных структур на основе Фосфида индия и арсенида галлия Фотолюминесцентным методом, а также разработке и обоснованию методов нераз-рушавдего входного контроля субмикронных эпитаксиальных структур дшв*. Тема диссертации является актуальной, т.к. Фосфид индия и арсенид галлия относятся*к наиболее распространенным материалам современной СВЧ микро- и оптоэлектроники, ар-пи гг-п полупроводниковые структуры служат основой для создания базовых полупроводниковых устройств СВЧ диапазона. Это - Фотоприемники для ВОЛС с максимальной чувствительностью в области длин волн 1.3-1.55 мкм. полевые транзисторы с барьером Шоттки, СВЧ-интегральные схемы и Фоточувствительные интегральные схемы. Фотолюминесцентные исследования дают возможность обосновать методы неразрушащего входного контроля данных структур, которые могут быть использованы при изготовлении самых разнообразных полупроводниковых устройств на основе AU1BV. Поэтому, весьма актуальной является задача исследования фотолюминесценции СФЛі слоистых структур на основе наиболее распространенных материалов оптоэлектроники GaAs и InP.
мрль работы, целью данной работы является теоретическое и экспериментальное изучение особенностей ФЛ СЛОИСТЫХ р-П InP и п+-п GaAs-структур и установление взаимосвязи между люминесцентными характеристиками данных структур и их электрофизическими и геометрическими характеристиками.
Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:
- исследовать диффузионные слои lnP:Zn. полученные методом
диффузии атомов шнка в открытую поверхность фосфида индия, имевшие различную лредисторию (.'различные режимы диффузии и постдиффузионного отжигал путем анализа спектральных зависимостей ФЛ:
исследовать термообработанные іпР-подложки путем анализа спектральных зависимостей ФЛ с использованием послойного химического травления:
разработать математическую модель, описывающую диффузию возбужденных светом неосновных носителей заряда в субмикронной гг-п-структуре: *
разработать математическую модель, описывающую влияние толщины слоев субмикроннои rr-n-структуры на интенсивность ФЛ:
установить зависимость между электрофизическими параметрами субмикронных эпитаксиальных п^-п-структур арсенида галлия и их фотолюминесдантными свойствами:
исследовать особенности ФЛ лазерноотожженного арсенида галлия в зависимости от энергетической экспозиции модифицирующего излучения.
Научная новизна.
-
Установлено, что при легировании цинком фосфида индия в незащищенную поверхность, механизм процесса активации переходов атомов цинка в вакансии индия зависит от температуры постдиффузионных термических воздействии.
-
Разработана математическая модель, описывающая процессы диффузии избыточных дырок в субмикронных слоистым ІУ-П-СТРУКТУ-рах на основе AiUBv и зависимость интенсивности Фотолюминесценции от толщины данных структур.
-
Установлено, что зависимость интенсивности ФЛ от толщины двухслойной эпитаксиальнои субмикроннои п^-п-структуры из арсенида -галлия определяется соотношением трех характеристических длин: диффузионной длины CU'j. толщины ГГ--СЛОЯ СаіЗ и глубины проникно-
вения возбуждающего излучения Сі/а).
-
Установлено, что интенсивность ФЛ слоистый гг-п-структур определяется значением диффузионной длины избыточным носителей заряда во внутреннем СгО слое, при выполнении условий: a ai»l и Li»ai, где a, ai и Ц - коэффициент поглощения возбуждающе го излучения, толщина верхнего слоя и диффузионная длина соответственно.
-
Установлено, что Фазовые превращения в п--слое rr-n-структуры из арсенида галлия, вызываемые наносекундным лазерным нагревом, могут приводить к локальному увеличению интенсивности ФЛ и времени жизни НННЗ при соответствующих режимах лазерной обработки.
Практическая значимость грзулътдтпй писгрптяпипннпи пябпты.
-
На основании данного исследования обоснован неразрушающий входной контроль качества внутренних слоев гг-п-структур по величине интенсивности ФЛ С при выполнении условий: a al»l и Li»ai, у структур с меньшими диффузионными длинами избыточных дырок - интенсивность ФЛ выше.
-
Разработан оптический измерительный комплекс и изготовлен действующий макет, который обеспечивает одновременное измерение трех характеристик поверхности полупроводниковой эпитак-сиальнои структуры в области диаметром * 0.3 мм : шероховатость, коэффициент отражения и угол отклонения контролируемого участка поверхности от заданной плоскости С а. с. СССР, N 4863436/28, а.с. СССР. N 1630571 А1).
-
Впервые разработан способ получения эпитаксиапъных структур полупроводниковых соединений A1UBV, улучшенного качества, путем обработки поверхности структуры импульсным лазерным излучением, которое приводит к жидкофазной рекристаллизации верхнего эпитаксиального слоя. Плотность дислокации в рекристаллизованном
- б -
слое получается на і + 2 порядка ниже, чем в подложке С а.с. N1
1584647, 1671072 ).
-
Определены коэффициент диффузии и энергии активации перехода цинка в вакансии индия при различных температурах постдиффузионного отжига Фосфида индия.
-
Основные результаты диссертации использованы при выполнении НИР по госбюджетным и хоздоговорным темам в лаборатории интегральной оптоэлектроники и полупроводниковой оптоэлектронюо Института электроники НАН Беларуси.
на запиту выносятся оівпушиє положения:
-
При проведении диффузии цинка в незащищенную поверхносп Фосфида индия механизм процесса активации переходов атомов цинкг в вакансии индия зависит от температуры постдиффузионных термических воздействии, что обусловлено наличием, как минимум, тре* энергетически-устойчивых положений атомов цинка в кристаллической решетке Фосфида индия.
-
Интенсивность краевой полосы Фотолюминесценции гг-п-суб-микроннои структуры арсенида галлия и характер ее изменения о: толщины п^-слоя определяются соотноиением диффузионных ДЛИН I толщин слоев при выполнении условия Сі/а + Ш>аі (где <*, Ll и а.
- КОЭффИЦИеНТ ПОГЛОШеНИЯ Возбуждающего ИЗЛУЧеНИЯ, ДИФФУЗИОННЭ5
длина избыточных дырок и толщина п^-слоя структуры соответственно).
3. Уменьшение подвижности носителей заряда во внутренне* п-слое приводит к увеличению интенсивности ФЛ nf-П-СЛОИСТОЇ структуры арсенида галлия при выполнении условии: а аі»і і Li»ai, где a, ai и Li - коэффициент поглощения возбуждающего излучения, толщина верхнего слоя и диффузионная длина избыточны} дырок соответственно.
Апрпііания работы. Основные результаты работы докладывалиа
'і
и обсуждались на VI Всесоюзном совещании по исследованию арсени-да галлия і г. Томск. 1387г.), Ііі-еи Всесоюзной конференции по применению лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации С г. Таллин. 1387г.), 111—ей Международной конференции по Физике и технологии арсенида галлия и других полупроводников з - 5 групп с Чехословакия, татранска ломница, 1388г.), VI1-ой Международной конференции по микроэлектронике С г. Минск, 1390г.). Х-й Научно-технической конференции по Фотометрии и ее метрологического обеспечения С г. Москва. 1394 г.), VI-ой Международной конференции по Физике и технологии тонких пленок : г. Ивано-Франковск, 1997 г.). 52-ой Международной конференции трофессоров, преподавателей, научных работников., аспирантов и студентов БГПА "Технические вузы Республике" С г. Минск, 1997 г.j, [II International workchop on Heterostructure Epitaxy and devices, tBratislava. 1937). 53-й Международной научно-техничес-сой конференции профессоров, преподователей, научных работников, зспирантов и студентов БГПА С г. Минск, 1399 г.), на научных семи-іарах лаборатории интегральной оптозлектроники сполупроводнико-юй оптоэлектроникю института электроники НАНБ.
публикации: по теме диссертационной работы имеется 19 публи-:аций. в том числе: 8 статей, 7 тезисов докладов, 4 авторских видетельства.
структура и пб-ьем пабпты: Диссертация состоит из введения, [яти глав с краткими выводами по каждой главе, заключения, спис-:а цитируемой литературы, она включает 71 страницу машинописного екста, 32 рисунка, 2 таблицы, 2 приложения и библиографию из 104 аименований на 139 страницах.
- d -
