автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Исследование двухслойных структур на основе фосфида индия и арсенида галлия фотолюминесцентным методом

У/

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ

На правах рукописи

Лля служебного пользования

экз. __

ЕМЕЛЬЯНЕНКО ЮРИЙ САВЕЛЬЕВИЧ

УДК 621.315. 392.2:537. 311. 33

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХСЛОЙНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ФОСФИДА ИНДИЯ И АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ СЮТОЛШИНЕСЦЕНТНЫМ МЕТОДОМ

Специальность 05.27.01 - Твердотельная электроника,

микроэлектроника и наноэлектроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ГФ1НСК 1999

- г -

Работа выполнена в лаборатории полупроводниковой оптозлек-троники Институте электроники национальной Академии наук Беларуси.

Научный руководитель: кандидат технических наук,

Малышев С. А.

Научный консультант: кандидат физико-математических наук, Рыжков М.П.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Ведущая организация: Минский научно-исследовательский институт радиоматериалов смни№Ю

Защита состоится " 10 " декабря 1999 г. в 10-00 на заседании совета по защите диссертации Д 01.04.01 в Институте электроники HAH Б - 220841, г.Минск - 90, Логойский тракт, 22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института электроники HAH Б

Автореферат разослан " " ^_1999 г.

Ученый секретарь совета по защитам диссертации,

профессор Доманевскш Д. с.: кандидат Физико-математических наук, Рябцев Г. И.

кандидат технических наук:

А. К. Есман

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы игг.прлпиания.

Диссертационная работа посвящена исследованию двухслойный структур на основе фосфида индия и арсенида галлия фотолюминесцентным методом, а также разработке и обоснованию методов нераз-рушащего входного контроля субмикронных эпитаксиальных структур а111ву. 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. Фотолюминесцентаьк исследования дает-возможность обосновать методы неразрушащего входного контроля данных структур, которые могут быть использованы при изготовлении самых разнообразных полупроводниковых устройств на основе а111ву. Поэтому, весьма актуальной является задача исследования фотолюминесценции СФЮ слоистых структур на основе наиболее распространенный материалов оптоэлектроники БаАв и 1пР.

Мрль работа- Целью данной работы является теоретическое и экспериментальное изучение особенностей ФЛ слоистых р-п 1пР и п+-п йаАв-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 1пР:2п. полученные методом

диффузии атомов цинка в открытую поверхность фосфида индия, имеющие различную лредисторию (.'различные режимы диффузии и постдиффузионного отжигал путем анализа спектральных зависимостей ФЛ:

- исследовать термообработанные lnP-подложки путем анализа спектральных зависимостей ФЛ с использованием послойного химического травления:

- разработать математическую модель, описывающую диффузию возбужденных светом неосновных носителей заряда в субмикронной rr-n-структуре; *

- разработать математическую модель, описывающую влияние толщины слоев субмикроннои rr-n-структуры на интенсивность ФЛ:

- установить зависимость между электрофизическими параметрами .субмикронных зпитаксиальных п^-п-структур арсенида галлия и их фотолюминесдантными свойствами:

- исследовать особенности ФЛ лазерноотожженного арсенида галлия в зависимости от энергетической экспозиции модифицирующего излучения.

Научная новизна.

1. 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.

2. Разработана математическая модель, описывавдая процессы диффузии избыточным дырок в субмикронным слоистым пт-п-структу-рах на основе AU1BV и зависимость интенсивности Фотолюминесценции от толщины данных структур.

3. Установлено, что зависимость интенсивности ФЛ от толщины двухслойной эпитаксиальнои субмикроннои п^-п-структуры из арсенида -галлия определяется соотношением трех характеристических длин: диффузионной длины CLí'j, толщины гг-слоя Caí) и глубины проникно-

вения возбуждающего излучения (1/а).

4. Установлено, что интенсивность ФЛ слоистых гг-п-структур определяется значением диффузионной длины избыточным носителей заряда во внутреннем СгО слое, при выполнении условий: а а1»1 и и»а1, где а, ад и Ц - коэффициент поглощения возбуждающего излучения, толщина верхнего слоя и диффузионная длина соответственно.

5. Установлено, что Фазовые превращения в гг-слое п^-п-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 прзу.пътятпй пиггрптянипннпи пабпты.

1. На основании данного исследования обоснован неразрушающий входной контроль качества внутренних слоев гг-п-структур по величине интенсивности ФЛ С при выполнении условии: а а1»1 и 1д»а1. у структур с меньшими диффузионными длинами избыточных дырок - интенсивность ФЛ выше.

2. 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).

3. Впервые разработан способ получения эпитаксиальных структур полупроводниковых соединений А111БУ, улучшенного качества, путем обработки поверхности структуры импульсным лазерным излучением, которое приводит к жидкофазной рекристаллизации верхнего зпитаксиального слоя. Плотность дислокации в рекристаллизованном

- о -

слое получается на 1 + 2 порядка ниже, чем в подложке С а.с. N1 1584647, 1671072

4. Определены коэффициент диффузии и энергии активации перекода цинка в вакансии индия при различных температурах постдиффузионного отжига фосфида индия.

5. Основные результаты диссертации использованы при выполнении НИР по госбюджетным и хоздоговорным темам в лаборатории интегральной оптоэлектроники и полупроводниковой оптоэлектронша Института электроники НАН Беларуси.

на ланиту выносятся ашушие положения:

1. 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, тда энергетически-устойчивых положении атомов цинка в кристаллической решетке фосфида индия.

2. Интенсивность краевой полосы Фотолюминесценции гг-п-суб-микроннои структуры арсенида галлия и характер ее изменения о1: толщины п^-слоя определяются соотношением диффузионных длин i толщин слоев при выполнении условия Cl/а + Li)>ai С где a, Li и а. - коэффициент поглощения возбуждающего излучения, диффузионная длина избыточных дырок и толщина т-слоя структуры соответственно).

3. Уменьшение подвижности носителей заряда во внутренне). n-слое приводит к увеличению интенсивности ФЛ гг-п-слоистос структуры арсенида галлия при выполнении условии: a ai»i i Li»ai, где a, ai и Li - коэффициент поглощения возбуждающего излучения, толщина верхнего слоя и диффузионная длина избыточны} дырок соответственно.

АпрпНапия работы. Основные результаты работы докладывалиа

и обсуждались на VI Всесоюзном совещании по исследованию арсени-да галлия (. г. Томск, 1387г.), Ili-еи Всесоюзной конференции по применению лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации С г. Таллин, 1387г.Iii-ея Международной конференции по Физике и технологии арсенида галлия и других полупроводников з - 5 групп с Чехословакия, Татранска ломница, 1388г.), VI 1-ой Международной конференции по микроэлектронике С г. Минск, 1390г.). Х-й Научно-технической конференции по Фотометрии и ее метрологического обеспечения С г.Москва, 1994 г. j, VI-ой Международной конференции по Физике и технологии тонких пленок : г. Ивано-Франковск, 1997 г.), 52-ой Международной конференции трофесеоров, преподавателей, научным 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, аспирантов и студентов БГПА С г. Минск, 1399 г.), на научных семи-tapax лаборатории интегральной оптозлектроники сполупроводнико-юй оптозлектроники) Института электроники нанб.

публикации: по теме диссертационной работы имеется 19 публи-:аций. в том числе: 8 статей, 7 тезисов докладов, 4 авторских :видетельства.

гатл/гл/па и пгуьрм 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.

- а -

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во диепении обоснована актуальность и важность темы диссертационной работа: кратко изложено содержание работы по главам: сформулированы научная новизна, практическая значимость и защищаемые положения: перечислены конференции и совещания, где докладывались основные результаты работы: приведен перечень основных публикации автора.

в перяпи глаяр проведен анализ литературных данных по фотолюминесцентным и оптическим свойствам слоистых полупроводниковых структур А11Обращается внимание на то, что термообработки, лазерный отжиг, диффузия, эпитаксиальное выращивание гомо- и ге-терослоев - приводят к созданию Сформированию) слоистой структуры. Приводятся литературные данные по влиянию примесного состава на спектральные зависимости полупроводниковых структур, затем анализируется влияние электрофизических параметров на сигнал Фотолюминесценции сфл) и зависимость интегральной фл от пространственного распределения избыточных носителей по структуре. Большое внимание в обзоре уделяется влиянию температурных воздействий и режимов диффузии на спектральные зависимости фл. Основное внимание уделяется арсениду галлия и фосфиду индия. Анализируются литературные данные и на основании этого анализа определяется цель и задачи диссертационной работы.

во йтпппй г.пяйр описываются объекты и методики исследования, которые используются в настоящей работе, в том числе: приводится блок-схема Фотолюминесцентной установки, позволяющей исследовать как стационарные спектры, так и кинетику ФЛ при двух температурах - 90 К, 300 К: описаны применяемая методика лазерного отжига, послойного стравливания С составы травителей, режимы травлениях Помимо стандартных С известных) измерительных методик, описывают-

ся оригинальные методики, которые разработаны автором диссертационной работы (например, измерение шероховатости!).

в трртъейя г.пяйр рассматриваются экспериментальные результаты по ФЛ слоистых р-п-1пР-структур. Это-диффузионные и термооб-работанные структуры. Приводятся спектры ФЛ диффузионных слоев до и после термических воздействии при послойном стравливании р-слоя. На основании анализа спектральным зависимостей ФЛ делаются выводы относительно особенностей поведения цинка в 1пР. Обращается внимание на сходство концентрационных профилей свободных дырок, измеренных С-У-методом и зависимости интенсивности полосы ФЛ с энергией квантов в максимуме "1.37 эв от толщины р-слоя и делается вывод о том, что основные изменения в концентрации свободных дырок происходят за счет перехода атомов цинка в вакансии индия.

При помощи уравнения Аррениуса была рассчитана энергия активации СЕа) акцепторной примеси цинка для различных температур отжига Еа1 - 450-С, Еа2 * 460* С, Еаз - 480* С. Результаты расчета показали, что каждой температуре отжига соответствуют различные величины Еа: Еа1 = 1.6 эВ, Еа2 =0.6 эВ, ЕаЗ = 1.0 эВ. Различия в величине энергии активации цинка позволили сделать вывод о том, что атомы цинка во время термического воздействия переходят в вакансии индия, как минимум, по двум конкурирующим каналам, причем вероятность переходов по тому или иному каналу определяется температурой отжига и предисториеи образца, т. е., механизм активации процесса перехода атомов цинка в вакансии индия зависит от температуры постдиффузионного отжига, данный вывод полностью подтверждается спектральными зависимостями ФЛ р-1пР.

Обсуждаются результаты по ФЛ термообработанньм структур и делаются выводы о глубине нарушенного слоя. При температуре термообработки выше 500-С происходит перекрытие подзоны мелких акцепторов и валентной зоны, а на спектральной зависимости остает-

ся одна полоса с энергией квантов в максимуме - 1.37 эв.

Результаты проведенных исследований указывают на сильную за висимость процессов активации атомов цинка в фосфиде индия о постдиффузионных термических воздействий, что необходимо учите вать при разработке технологических процессов создания приборо; на основе 1пР.

в цртрргути гпадр проводится теоретическое рассмотрение Ф. слоистых субмикронных гг-п-структур на основе А111В¥. Описывается математическая модель интенсивности ФЛ субмикроннш п^-п-структур. Расчет интенсивности ФЛ проводился в два этапа. Вначале определялось распределение по глубине структуры избыточных дырок С ор1С х), ор2Сх)), созданных возбуждающим лазерным излучением С рис.1;. затем рассчитывалась интенсивность ФЛ при'вьиш ее по нормали к поверхности пластины С рис. 2). Полагалось, что ре-комбинационным излучением полуизолирукиюй подложки можно пренебречь. Интенсивность ФЛ всей структуры I выражалась через интенсивности внешнего Спервого) и и внутреннего с второго) 12 слоев:

1(2) = ПС 2) + 12С г): С1)

Решалось уравнение диффузии и определялось распределение избыточных дырок по глубине структуры, затем находилась зависимость интенсивности ФЛ от величины г, равной суммарной толщине гт и п-слоев. Моделировалось послойное стравливание при уменьшение толщины г с шагом 0.01 мкм.

2-Э2

ПСЗ)

ПС2) = - ар1Сх)ехрС-я х)с1х : С25

Гм 1 I

йр2Сх)ехрС-8 х)<1х : СЗ)

2

£2С л)

12 = - ехрС -Жг-а2'Л

Ти2

2-ай

где ^сз), ГаСл) - Функции ввода-вьшода излучения, которые определяются внешним квантовым выходом, рассеивающей способностью поверхности и т. д. С для специально отобранных однотипных структур можно считать их одинаковыми;: а1, г& - толщины п+ и п-слоев соответственно: ги1, ти2 - излучательные времена жизни неосновных неравновесных носителей заряда СНННЗ) в слоях: с.р1Сх), с,р2С х) - концентрации избыточных дырок в слоях: -л - коэффициент самопоглощения с-3=104 см-1): х - текущая координата перпендикулярная плоскости пластины: г - суммарная толщина тг- и п-слоев.

Для более детального понимания зависимостей интенсивности ФЛ от г проводился анализ функции Кг) на возрастание-убывание и экстремумы. Анализировалась первая производная: сисг)/<±> = сшсгэ/сь + dl2.Cz). было показано, что сшсгэ/сь < о, а сИ 2(2)/б2 > о - при любых значениях, входящих в и и 12 параметров. следовательно, знак производной йКг')/Аг - будет определяться соотношением величин: сИ1С2)/йг и йШг'^/йг. Суммируя полученные оценки, следует сделать вывод о том, что сам знак производной интенсивности ФЛ по 2 определяется интегралами распределения избыточньгьх дырок в пт и п-слоях структуры. При росте вклада внутреннего п-слоя в общий сигнал ФЛ по сравнению с вкладом внешнего п^-слоя производная Шгл/йг - меняет знак с отрицательного на положительный. Это означает, что Функция Кг) из убывающей превращается в возрастающую в промежутке толщин Са1+а2)*г*а2. При снятии всего верхнего п-слоя, когда г=аг ♦ йКг)/бг=0, т.е. это точка экстремума с максимума). Следовательно, существует вполне

определенное соотношение между вкладами гг и п-слоев в общи сигнал ФЛ С или между концентрациями избыточным дырою, при достижении которого меняется знак производной йКг^/йг при Поскольку распределение избыточных дырок зависит от диффузионной длины избыточных дырок, то соотношение между толщинами слоев (а1

орСX), ОТН.ед. Ну=Са1+а2)-2>, отн.ед.

10 8 б 4 2

О 0.2 0.4 х, мкм 0 0.2 у^Са1+а2)-2, мкм

Рис.1. Распределение концентрации избыточных дырок по глубине

п^-п-структуры С теория) (1 -Ь1/а1=5.0: 2 —1л/а1=1.0: 3 -и/а1=0.5, где 1 - номер слоя) Рис.2. Зависимость интенсивности Фотолюминесценции от толщины

гг-п-структуры С теория) С1 - Ь1=1.0, Ь2=1.75: 2- и=0.2, Ьй=0.35: 3- Ц.=1.0, Ь2=0.1)

и аг) и диффузионными длинами С 1,1 и Ьг) будет определять характер зависимости Кг). на рис.2 видно, что изменение в величинах

Li и L2 приводит к перемене знака производной dlc'z)/dz на промежутке Са1+а2)*2*а2.

При выполнении условии сильного поглощения и высокого совершенства кристаллической решетки: a ai»i, ai/Li<<l и a2/Lg<<i -Формулы С 2,3) упрощаются и получаются следующие соотношения: И « Ci Li-2, l£ ~ eg LС где Ci и С£ - слабоменякшеся ограниченные функции для конкретной структуры). Следовательно, при принятых допущениях, интенсивности ФЛ слоев обратно пропорциональны квадратам соответствующих диффузионных длин. Из соотношений Эйнштейна - jn/l) = е/кТ и L2 = т D,- следует, что р = Се/г к Т) IA И если принять, что е/гкТ = const, то Ц "jai.-1 и Ig ~ /въг1, т.е. можно также утверждать, что интенсивности ФЛ слоев обратно пропорциональны значениям соответствующих подвижностей.

R пятой г.падр описаны результаты экспериментальных исследований ФЛ слоистых структур типа п+-п и влияния на них лазерного отжига. Приводятся экспериментальные зависимости интенсивности и полуширины краевой полосы ФЛ от толщины исследуемой гг-п-структу-ры, интенсивности ФЛ и времени жизни неосновных неравновесных носителей заряда от энергетической экспозиции модифицирующего лазерного излучения W С Дж/см2). Делаются выводы об особенностях Формирования Фотолюминесцентного сигнала у зпитаксиальных субмикронных и у лазерномодифицированных структур.

Зависимости интенсивности ФЛ от толщины структуры при возбуждении ФЛ лазерным излучением с двумя длинами волн - 0.63 мкм С красный) и 0.44 мкм С синий) приведены на рис.3. Видно, что интенсивность ФЛ для некоторых структур монотонно спадает с уменьшением толщины tdlC2)/dz<0), а для других наблюдается коло-колообразная зависимость ФЛ от толщины структуры CdICz)/dziO в интервале a2*z*.Cai+a2), что соответствует данным теоретической модели.

Экспериментальные исследования параметров КПФЛ проводились при температуре 90 К. Для структур с рис.зс а, ь) кривые 1,2), у которых диффузионные длины Си подвижности) больше. Фотолюминесцентный сигнал Формируется в основном во внутреннем С активном) слое и затем выводится сквозь верхний слой наружу. Поскольку верхний гг-слой является Фильтром для излучения выводимого из п-слоя, происходит поглощение выводимого излучения, что приводит к уменьшению Фотолюминесцентного сигнала структуры. Для структур С рис. ЗС а, Ь) кривые 3,4), у которых диффузионные длины меньше, Фо-толюминесцентныи сигнал Формируется, в основном, во внешнем

I, отн.ед. I, отн.ед.

Рис.3. Зависимость интенсивности КПФЛ от толщины гг-п-структуры при возбуждении красным С а) и синим СЬ) светом, имеющих различные значения подвижностеи электронов в п-слоях (эксперимент)

С1 - /В(= 4600, 2 -у9е= 3900, 3 3100, 4 -Д= 2800 см^/В с)

п-слое. В этом случае суммарный сигнал ФЛ исходной структуры может быть даже выше, чем у более качественных структур, поскольку меньше потерь приходится на безызлучательную рекомбинацию в буф-Ферном слое и на самопоглощение, а кроме того, больше избыточных дырок рекомбинирует в гг-слое. На рис.ЗСМ видно, что для структур, имеющих большие значения подвижностеи в п-слоях, интенсивности ФЛ исходных структур Сг=а1+а2} меньше. Это полностью соответствует выводам, следующим из анализа математической модели.

Следовательно, можно сделать вывод о том, что интенсивность ФЛ определяется соотношением между тремя характеристическими длинами исследуемых структур - диффузионными длинами избыточных носителей заряда, толщинами эпитаксиальньм слоев и глубиной проникновения возбуждающего излучения и, кроме того, при сильнопогло-щаемом возбуждающем излучении интенсивность ФЛ исходной п^-п-структуры обратно пропорциональна значениям подвижности носителей заряда в п-слое срис.зсюх

В диссертационной работе излагается результаты экспериментальных исследований зависимости интенсивности ФЛ СП и времени жизни НННЗ С г') п-*--п-субмикронных структур арсенида галлия от энергетической экспозиции си; неодимового лазера (1.06 мкм, 70 не по уровню 0.5, 0.1-1.2 Дж/см£). Было установлено, что на зависимостях К и!> и пш наблюдаются локальные максимумы при «»0.6 Дж/см2 для гг-п-структур. В работе делается предположение, что возникновение данных локальных максимумов связано с формированием п--п-структуры, которая образуется вследствие совпадения глубины распространения расплава при лазерном нагреве и толщмны верхнего гГ--слоя С "0.6 Дж/см^. Создается электрическое поле на границе пи п-слоев. которое препятствует распространению избыточных дырок в глубину структуры с в п и буФФерныи слои), в результате чего некоторая часть избыточных дырок не попадает в буФФерныи слой, где

имеется большая концентрация безызлучательных центров рекомбинации. Из-за уменьшения роли буфферного слоя при рекомбинации избыточным носителей и наблюдаются указанные локальные максимумы.

В результате теоретических и экспериментальных исследований ФЛ гг-п-субмикронных структур был разработан метод неразрушаще-го контроля и прогнозирования шумовых параметров полевых транзисторов с барьером Шотпси, в основу которого была положена корреляционная зависимость между интенсивностью ФЛ исходных п+-п йаАБ-структур и шумовыми температурами транзисторов, изготовленных на этих эпитаксиальных структурах. Корреляционная зависимость оказалась близкой к линейной С с ростом интенсивности ФЛ растет и шумовая температура). Независимые измерения шумовых температур подтвердили работоспособность данного неразрушающего метода контроля.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТА И ВЫВОДЫ

1. Установлено, что механизм процесса активации переходов цинка в вакансии индия зависит от температуры постдиффузионных термических воздействии, что обусловлено наличием, как минимум, трех энергетически-устойчивых положении цинка в кристаллической решетке ФосФида индия, которые образуются при проведении диффузии в незащищенную поверхность.

2. Разработана математическая модель, описывающая процессы диффузии избыточных дырок в субмикронных слоистых п^-п-структу-рах на основе А*иВ* и зависимость интенсивности Фотолюминесценции от толщины данных структур.

3. На основании теоретических и экспериментальных исследований установлено, что имеется два типа зависимостей интенсивности Фотолюминесценции п^-п-структур арсенида галлия: С а) имеющих по-

ложительную С или равную нулю) первую производную интенсивности Фотолюминесценции по толщине структуры <.йКг')/д2*0') и (Ь), имеющих отрицательную первую производную интенсивности Фотолюминесценции по толщине структуры сшс2)/с32<0) в промежутке толщин а2*2*(а1+а2).

4. Установлено, что интенсивность краевой полосы Фотолюминесценции гг-п-субмикронной структуры арсенида галлия и характер ее изменения от толщины п^-слоя определяются соотношением диффузионных длин и толщин слоев при выполнении условия (1/а + Ы)>а1, где а, ы и а1 - коэффициент поглощения возбуждающего излучения, диффузионная длина избыточных дырок и толщина гг-слоя соответственно).

5. Установлено, что уменьшение подвижности носителей заряда во внутреннем п-слое приводит к увеличению интенсивности Фотолюминесценции гг-п-слоистои структуры арсенида галлия при выполнении условии: а а1>>1 и 1л»а1, где а, Ы и а1 - коэффициент поглощения возбуждающего излучения, толщина верхнего слоя и диффузионная длина избыточных дырок соответственно.

6. имеется корреляционная зависимость, близкая к линеинои, между шумовыми температурами полевых транзисторов с затвором Шот-тки и интенсивностью Фотолюминесценции исходной п^-п-труктуры - с ростом интенсивности растет и шумовая температура.

7. Установлено, что фазовые превращения в гг-слое п^-п-стру-ктуры из арсенида галлия, вызываемые наносекундным лазерным нагревом, могут приводить к локальному росту интенсивности фотолюминесценции и времени жизни НННЗ при выборе соответствующей с"0.6 Дж/см2, в нашем случае) энергетической экспозиции модифицирующего излучения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

1. Емельяненко о. с.. Ивлев г. д., кацапов Ф.м., Тявловская Е.А. Свойства поверхностных слоев арсенида галлия, облученных на-носекундными импульсами рубинового лазера//VI всесоюзное совещание по исследованию арсенида галлия: Томск, 138? г.: Тез. докл..

£. Емельяненко ю.С.. ивлев Г.Д., Кацапов Ф.М., Тявловская Е.А. Импульсная лазерная обработка поверхностных слоев арсенида галлия//! II Всесоюная конференция по применению лазеров в технологии и системах передачи и оьраоотки информации: г. Таллин, 1387 г.: Тез. докл. - г.Таллин, 1987. - т.1.- С.43.

3. Емельяненко Ю. С., Рыжов М. П., Тявловская Е. А., Зарецкии Н. И., Привалов В. И. Влияние термической обработки на состояние приповерхностных слоев фосфида индия//Электронная техника. Сер.б., вып.¿C223), Материалы. - 138? г.- с.23-33.

4. Emelyanenko Vu.S., Gushchinskaya E.V., Malyshev S.A.. Privalov 'v.l., Zaltsev I.I. Diffusion of zinc into А1х1Б¥ compaunds in open gas-fiou system,'/Cristal Properties and Preparation.- 1383.- V.13-20.- P. 141-144.

5. Емельяненко й. С., Кацапов Ф. М., Плавич Н. П., Тявловская Е.А. Совершенствование поверхностных областей эпитаксиальных структур GaAsi-xPx/üaAs//Электронная промышленность.- 1383.- N 4.- С.3-10.

6. Емельяненко Ю. С., Кацапов Ф. М.. Ивлев Г. Д. Модифицирование поверхностных слоев арсенида галлия воздействием импульсного лазерного излучения//Электронная техника.- 1330.- Сер.6, Вып.6С251) ДСП, ЦНИИ "Электроника", N Ц4343 Сдеп.).

У. Гурскии Л. И., Емельяненко Ю. С. г Малышев С. А., Пушкарчук А. И., смольскии В.П. Энергетический спектр и зарядовое состояние точечных дефектов, созданных атомами Zn в кристалле InP//VlI Меж-

дународная конференция по микроэлектронике. Микрозлектроника-30: Минск, 1990 г.: Тез. докл..

8. Buciko Т.О., Gushchinskaya E.V., Emelyanenko Yu. 3., Malyshev S.A. Diffusion of Zinc into an impassivated surface of Indium Phosfhide//Phys. Stat. Sol.Ca) - 1989.- V.111.- P.451-456.

9. Емельяненко Ю.С., Кацапов Ф.М., Ивлев Г.Д., Тявловская H.A. Способ получения эпитаксиальных структур полупроводниковых соединений А111BV: A.c. 158464? СССР с ДСП).

Ю. Емельяненко (0. С., Кацапов Ф. М., Ивлев Г. Д., Янковский 0. Н. Способ получения эпитаксиальных слоев полупроводниковых соединений А111Bv: A.C. 1671072 СССР С ДСП).

11. Емельяненко O.e., Колюжныи В.М., Осинскии В.И., Рыжков М.П. Способ контроля параметров полупроводниковых эпитаксиальных структур: A.c. 1630571 Al СССР С ДСП).

12. Емельяненко ю. С., Зайцев И. И., Рыжков М. П. Способ измерения шероховатости поверхности изделия и устройство для его осуществления: A.C. 1781537 СССР.

13. Емельяненко ю. С., Рыжков М. п., Сманцер Ю.А. Краевая Фотолюминесценция n^-n-i GaAs структур//Весш АН Б,- 1993.- N 3.-С. 71-75.

14. Апанасевич В.И., Асламов П.П., Бочарова И.А., манего

С.А., Емельяненко Ю.С. Многоэлементные излучатели для сканеров//Х научно-техническая конференция. Фотометрия и ее метрологическое обеспечение.:Москва, 1994 г.: Тез. докл..

15. Емельяненко к). С., Малышев С. А., Гувшнская Е. В., Быковский В. И. чотолюминесценция InP:Zn//журнал прикладной спектроскопии.- 1997.- N 1.- С. 125-128.

16. Емельяненко o.e., Малышев С.А. Особенности образования точечных дефектов в тонких слоях inP:Zn//Vl международная конференция. Физика и технология тонких пленок, ч.II., с.22.:

г.Ивано-Франковск.- 1997 г.: Тез.докл..

17. Емельяненко Ю.С., Малышев С. А. Фотолюминесценция слоистой структуры S102-InP/752-я Международная конференция профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов БГПА "Технические вузы "Республике"", ч.IV.. С.П.: г. Минск. -1997 г.: Тез. докл..

18. Andrievski V. F., Gushchinskaya Е. V., Erneivanenko Yu. S. and Malyshev S. A. Characterization of InP:Zn layers by photoluminescence and photoelectrochemical C-V profiling// HeLerasLruc-Lure Epitaxy and Devices - Head'97, P.147-150. Kluwer Academic Publishers. Printed in Netherlands.- 1998.

19. Емельяненко ¡0. С. Эффект рассеяния Фотоносителеи в субмикронных эпитаксиальных арсенидгаллиевых структурах//Материалы международной 53-и научно-техническои конференции процессоров, преподавателей, научных работников и аспирантов БГПА, чЛI.,

С. 13.: г.Минск.- 1999 г.: Тез.докл..

РЗЗ юиэ

Юрый Савельевич Емелъяненка

ДАСЛЕДАВАНН1 ДВУХСЛОЙНЫХ СТРУКТУР НА АСНОВЕ ФАСФ1ДУ 1НДЮ I АРСЕН1ДУ ГАЛ1Ю СЮТАЛСМ1НЕСЦЭНТШМ МЕТАДАМ

Фотолхшнесценцыя, пауправадшковыя слаютыя структуры, ды-Фуз1йная даужыня, 1нтэнс1унасць Фоталкмнесцзнцыь дыфуз1я, цынк, арсен1д галио. ФасФ1д 1ндыю. аптычны неразбуральны уванодны кан-троль.

На падставе зксперыментальных 1 тэарэтычных даследаваннну устаноулены наступныя заканамернасш-Ча) мехашзм працэсу актыва-цы1 пераходау цынку у ваканси 1ндыю залежыць ад тэмпературы пас-лядыуз1йных терм!чных уэдзеяннну. што абумоулена прысутнасцю, як мшмум, трох энергетычна-устошивых месцазнаходжаннну цынку у крышталевай рашотцы ФасФШ 1ндьш, якая ствараюцца пры правяд-зенш дыфузи у незабароненую паверхню, сы 1нтзнс1унасць крас-вай паласы фотапкмнесцэнцьи с'ФЛ) гг-п субмякроннай структуры ар-сенш галио 1 характер яе змянення ад таушчын! п+-слоя вызна-чаюцца с уадноанам1 дыфуз!йных даумынь 1 таушчынъ слаеу пры вы-кананн1 умовы: (1/а+1х')>ах. дзе а, п и ах - каэфщыент паглынан-ня узбуджальнага выпраменьвання, дыфуз1йная даужыня збытк.овых дзарак 1 таушчыня п^-слою, суадносна, С с) памяншэнне рухомасш ноьб1тау зараду ва унутраным п-сло! вядзе да павел!зння 1нтэнс1у-насщ ФЛ п+-п ашстай структуры арсешду галио пры выкананш умовау: а а1>>1 1 ы»а1, дзе а, а1 1 И - каэФШыент паглынання узбуджалнага выпраменьвання, таушчыня верхнега слою 1 дыфуз1йная даужыня збытковых дз1рак, саудносна.

РЕЗЮМЕ Юрий Савельевич Емэльяненко

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХСЛОЙНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ СЮОВДА ИНДИЯ И АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ ФОТТШМИНЕЩЕНТНЬМ МЕТОДОМ

Фотолюминесценция, полупроводниковые слоистые структуры, диффузионная длина, интенсивность Фотолюминесценции, диффузия, цинк, арсенид галлия, ФосФид индия, оптический неразрушащий входной контроль.

На основании теоретических и экспериментальных исследований установлены следующие закономерности: С а) механизм процесса активации переходов цинка в вакансии индия зависит от температуры постдиффузионных термических воздействий, что обусловлено наличием, как минимум, трех энергетически-устойчивых положений цинка в кристаллической решетке фосфида индия, которые образуются при • проведении диффузии в незащищенную поверхность, СЬ) интенсив-

ность краевой полосы Фотолюминесценции СФЛ) п^-п с убмикронно! структуры арсенида галлия и характер ее изменения от толщин! п+-слоя определяются соотношением диффузионных длин и толшш слоев при выполнении условия Cl/a+Li)>ai с где a. Li и ai- коэффи циент поглощения возбуждающего излучения, диффузионная длина избыточных дырок и толщина п^-слоя структуры соответственно), с с: уменьшение подвижности носителей заряда во внутреннем n-слое приводит к увеличению интенсивности ФЛ п^-пслоистой структуры арсенида галлия при выполнении условий: a ai»i и Li»ai, где a, ai i Lt - коэффициент поглощения возбуждающего излучения, толщина верхнего слоя и диффузионная длина избыточных дырок соответственно.

SUMMARY

Yurv Savelyevich Yemelyanenko

STUDY OF TWO-LAYER STRUCTURES BASED ON INDIUM PHOSPHIDE AND GALLIUM ARSENIDE BY PHOTOLUMINESOENCE METHOD

Photoluminescence, laminated semiconductor structures, diffusion length, intensity of photoluminescence, diffusion, zinc, gallium arsenide, indium phosphide, optical nondestructive incoming testing.

Based on theoretical and experimental investigations, the following relationships have been established: (a) the mechanisfl of activation process of zinc transitions into indium vacancies depends on the temperature of post-diffusion thermal impacts, caused by presence at the minimum of three energy-stable zinc positions in the indium phosphide crystalline array that have been formed when diffusion was made into the non-protected surface: (b) the intensity of the edge band of photoluminescence CPL) n+-n from the submicronic gallium arsenide structure, and the character of its changing versus the thickness of the n+-layer are both determined by ratios of diffusion lengths and layer thicknesses in case the following condition is observed: CI/a + Li)>ai (where a, Li and ai are the absorption factor of the exciting radiation, the diffusion length of excess holes and the thickness of the n^-layer of the structure, respectively): Ce) mobility decrease of the charge carriers in the internal n-layer results in the increase of the PL intensity from the n+-n-layer gallium arsenide structure in case the following conditions are fulfilled: tfal»l and Ll»ai, where a, al and Li are the absorption factor of the exciting radiation, the thickness of the upper layer and the diffusion length of the excess holes, respectively.