Анализ структурных дефектов в выращенном по методу Чохральского GaAs и эпитаксиальных композиций на его основе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

г 5 СЕН ш*

белорусский государственный университет

На правах рукописи

ВЛАСУКОВА Людмила Александровна

УДК 537.312.62

АНАЛИЗ СТРУКТУРНЫХ ДЕФЕКТОВ В ВЫРАЩЕННОЙ ПО МЕТОДУ ЧОХРАЛЬСКОГО ЭаА5 И ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЯХ НА ЕГО ОСНОВЕ

.01.04.07 - Физика твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико ^математических наук

Ушек 1995

Работа выполнена в Минском научно-исследовательском институ радиоматериалов и на кафедре физической электроники факульте радиофизики и электроники Белорусского государственного университета

Научный руководитель : кандидат физико - математических наук

АКИМОВ А. Н.

Официальные оппоненты.: доктор физико - математических наук,

профессор БОРИСГЧКО В. Е. .

кандидат физико - математических наук.

дзиент

¿СЕРЕГО В. П.

Ведущая организация ¡Минский научно-исследовательский институт радиоматериалов

Защита диссертации состоится " " 1995 гс

в часов на заседании Совета по защите диссертач

Д 056.03.05 в Белорусском государственном университете по адрс 220050, Минск, проспект Ф.Скорины. 4, ауд. 2СЗ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного университета.

Автореферат разослан 1995 гола.

Ученый секретарь Совета по защите диссертаций, кандидат физ. - мат. наук

Власуксьа Л. А. . 19Э5

СБЗД ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Обладая рядом преимуществ по сравнение . традиционными полупроводниковыми материалам Si и Ge, GaAs испо -льзуется для изготовления широкого спектра оптоэлектронных приборов и приборо: СВЧ техники. Важнейшими преимуществами GaAs,позволяющими при его использовании реализовать новые технические идеи, является высокая подвижность носителей заряда, значительная ширина запрещенной зоны, прямозонная структура, высокая диэлектрическая проницаемость.

Однако реализация этих преимуществ сопряжена с рядом техно -логических трудностей, которые обусловлены значительной структурной неоднородностью подложек GaAs, низкой термостабильность» кристаллов, недостаточным пониманием роли структурных дефектов в формировании электрофизических свойств на отдельных стадиях созда -ния приборных структур.'

Для решения этих проблем необходима надежная диагностика структурных дефектов, процессов их образования и взаимодействия в ходе технологических воздействий, развитие как традиционных, так и новых методов контроля структуры GaAs и эпитаксиальных композиций на-его основе. К числу традиционных методов контроля совершенства GaAs относится селективное травление. Однако ряд аспектов селективного травления в применении к криста. :ам и эпитаксиальным композициям GaAs, ориентированного в направлении <100>, остается неясным и требует дальнейшего развития. Недостаточно изучены особенности взаимодействия селективных травителей с эпитаксиальными композициями, мало данных по кинетике травления GaAs в используемых для выявления дефектов на поверхности С100) селективных тра -вителях, отсутствует анализ результатов применения селективного травления к выявление таких практически важных структурных дефектов, как эпитаксиалькыэ границы.

Актуальной для технологии СВЧ - устройств на GaAs является проблема повышения термостабильности полуизолирующих СПИ)- подложек. Для решения этой проблемы необходимо дета .ьное изучение процессов ^-фектообразовання и перераспределения точечных дефектов в кристаллах GaA" в результате термообработки СТО), а также свя -зи этих процессов с электрофизическими параметрами материала.

Цельс работы яъпяк ,сь развитие метода селективного травления

применительно к ориентированным в направлении <100> монокристал -лам СаАз и эпитаксиальным композициям на основе А^В^, а также изучение посредством селективного травления в комплексе с другим! методами системы структурных дефектов СаАз и ее изменения под действием высокотемпературных обработок.

Научная новизна работы заключается в следующем: обнаружено отличие селективного травления гомоэпитаксиальньга композиций баАБ, полученных методами хлоридной и МОС - гидридноЯ зпитаксии, в сравнении с монокристаллическим материалом, выражающееся в существенно меньшей скорости травления эпитаксиальных композиций в расплавах гидроксидов и в невозможности формирования контрастных следов дислокаций при травлении эпитаксиальных слоев в растворе Абрахамса-Бызоччи САВ-растворе).

Экспериментально установлено влияние типа подложки на конт -растность выявленной селективным травлением линии границы подложка-слой в гомоэпитаксиальных композициях на СаАз и 1пР.

Экспериментально установлено влияние уровня фоновых примесей в нелегированном слое на результаты выявления селективным травлением границы ПИ-подложка - слой для гомоэпитаксиальных композиций на СаАз и 1пР.

Показано, что ТО кристаллов ПИ- ваАБ с плотностью дислокаций ИдСсред. )>6-10^см"^ в интервале температур С650-900)°С приводит к формировании вокруг стенок дислокаций протяженных областей, обедненных точечными дефектами С центрами безызлучательной рекомбинации ), в результате чего происходит возрастание времени жизни неосновных носителей заряда Тр в два раза более.

Установлено,что перестройка ансамбля точечных дефектов, происходящая при -ТО кристаллов ПИ- СаАз с низким содержанием хрома в интервале температур С650-900)°С, включает в себя, наряду со стоком дефектов на дислокации, микропреципитацию растворенного в матрице избыточного мышьяка.

Практическая и экономическая значимость работы: Полученные корреляционные зависимости скоростей травления <100>-СаА5 в расплавах гидроксидов СКСН и КОН+ПаОН) ц в АВ-раст -поре использованы при оптимизации методик контроля совершенства эпитаксиальных слоев и объемного материала с псмсшьс селектиьногс травления, что позволило сократить время обработки образцов при повышенных температурах и расходы реактивов, а такг.о добить:* по-

-

вышения воспроизводимости результатов измерения.

Результаты исследования дислокационной структуры монокристаллов и эпитаксиальных композиций СаАз могут быть использованы для разработки критериев отбраковки при проведении операция входного контроля подложек, что позволит увеличить процент выхода годных изделий.

Установленные ка основе изучения ряда селективны:-: травителея и электролитов оптимальные условия выявления границ слоев в эпи -таксиальных композициях на СаАэ я 1пР и глубины травления материала за время обработки позволили повысить точность контроля тол -шины слоев при изготовлении приборов по зпитаксиальксЯ технологии.

Данные по воздействию ТО на структуру ПМ-ЗаАг могут быть использованы для оптимизации процессов выращивания и технслогичес -ких высокотемпературных отжигов кристаллов с целью улучшения их электрофизических характеристик и повышения воспроизводимости параметров приборов, изготавливаемых на таких кристаллах.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. УстановленкькГ'ссобенности действия расплавов гидроксидов С КОН и КОН+НаОН) и АВ-раствсра ка полученные методами хлсридной и МОС-гидридной эпитаксии гомоэпитаксиальные. композиции СаАз в сравнении с монокристаллами.

2. Модель формирования при селективном травлении изображения границы подложка - слой п - типа для эпитаксиальнкх композиций на ваАз и 1пР, учитываемая действие двух факторов : локального изменения скорости травления в области границы и различия в скоростях травления п - и п+- областей.

3. Зависимость действия ТО в интервале температур (650-900/0 на рекомбпнациенные свойства ПИ - ваАБ от плотности дислокаций в исходных кристаллах : при ТО кристаллов с плотностью дислокаций, превышающей б-Ю^см"*", происходит формирование вокруг дислокационных стенок протяженных областей, обедненных точечными дефектами, в результате чего врс-мя жизни неосновных носителей заряда С ННЗ ) возрастает в два раза и более.

4. Трансформация под действием ТО в интервале температур (650-900,°С ансамбля точечные дефектов в ПИ-СаАз с высокой дис -локационной плотностью и низким содержанием хрома (Ид(сред.) > 6-104си~2, содержание хрома менее 5-10"5мас.'/.) приводит к возрастание структурной неоднор.дности, в частности, к образовании вокруг

'-тенок дислокационной сетки областей , обедненных точечными дефектами за счет стока их на дислокации,и к формированию внутри ячеек дислокационной сетки разупорядоченных областей за счет процессов микропреципитации избыточного мышьяка.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих совещаниях и конференциях : XII Всесоюзном совещании "Применение колебательных спектров к исследованию неорганических и координационных соединений "СМинск, 1989 г.), VII Международной конференции по микроэлектронике "Microelectronics' 90" С Минск, 1990 г.), International Conference of Microelectronics С Poland, Warsaw, 1992), 8-th International Conference on Semi - Insulating III-V Materials С Poland. Warsaw, 1994 ).

По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, описок которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, основных выводов и списка литературы из 220 наименований. Она содержит 143 страницы машинописного текста, в том числе 26 рисунков и 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации.

В общей характеристике работы сформулирована цель, научная новизна й практическая значимость диссертации, дается краткое содержание работы, а также изложены защищаемые положения.

Первая глава посвящена обзору литературных данных. В этой главе представлены данные о дефектно-примесной системе арсенида галлия в сопоставлении с кремнием. Рассмотрены основные виды структурных дефектов в GaAs. приведены сведения сс5 их электрической активности и воздействии на параметры материала. Проведен анализ технологических особенностей изготовления приборов г. сценкой роли дефектов в формировании электрофизически:: свойств мат« -риала на отдельных стадиях технологического процесса. В частности, проанализированы следующие технологические этапы •• ьираицдьакиа и послеростовое охлаждение монокристаллов, подготовка подложек, гарааивание эпитаксиальных слоев методами жидн.офазкой и гаоофаа -ной (хлоридной и МОС-гидридной) опитаксии, ионная имплантация и тюстимплантацяонныЯ откиг. Рассмотрены методы иссл«?лэьчнил дефектно-примесного ансамбля GaAs. Особое место уделено примс-кекип се-

лектиЕного травления для диагностики дислокаций, микродефектов и эпитаксиальных границ. На основе анализа литературных данных сформулированы основные задачи, решаемые в рвботе.

Во второй главе описаны методика и техника эксперимента. Приведены сведения о монокристаллах и эпитаксиальных композициях, использованных при проведении исследований, описана техника под -готовки образцов, методика изготовления косых шлифов для экспериментов по выявлении границ эпитаксиальных слоев, а также техника проведения процессов травления в расплавах гидроксидов и АВ-раст-воре. Рассмотрена методика микроскопических исследований и под -счета плотности дислокаций по ямкам травления. Описаны методики определения химического состава гетероэпитаксиальных слоев рент -генодифракционным методом и анализа степени разупорядочения GaAs методом спектроскопии комбинационного рассеяния света. Отмечено, что для комплексного изучения структурных свойств монокристаллов GaAs <5ыли использованы дополнительные методы исследования. Для получения информации о пространственном распределении концентра -ции глубоких уровней типа Е12 использовался метод измерения эффективности светонаведенной дифракции, а измерение времени хизни НЮ осуществлялось методом пикосекундных динамических решеток.

В третьей главе представлены результаты исследований травления <100> - GaAs в расплавах гидроксида калия, смеси гидроксидов калия и натрия и в АВ-растворе. В интервале температур (240-450)"С определены температурные зависимости скорости травления в расплавах КОН и КОН+МаОН монокристаллов и эпитаксиальных композиций. полученных газофазной эпитаксией до хлоридной и МОС-гидридной технологиям. а также температурные и временные зависимости скорсс -ти травления монокристаллов GaAs в АВ-растворе.

Установлено, что скорость травления эпитаксиальных кемпоэи -ций в расплавах существенно ниже, чем скорость травления монокристаллов Сем. таблицу 1).

Анализ процесса травления GaAs в АВ-растворе в интервале температур С7-65)°С и времени обработки (2-45) мин показал, что вид картин травления для образцов, вырезанных из одной подложки, и© зависит от температуры, а только от времени обработки и природы материала. В отличие от расплавов, для которых основными фигурами, наблюдаемыми после обработка на поверхности образца, являются ямки травления, картины травления в АВ-растворе монокристаллов от -

Та^Л'ЛЦс! 1

Скорости травления ^ЮО^-ваАз в расплавах гидрокскдоъ Расплав КОН = 350*С

К Об- М-д Быраш!Еанпя Легирова- б, 1ЛШ * г * МКМ-'МИН

разца ние

М1 По Чохральскоыу Сг - 0 6

М2 н __ к Сг - с 57

МЗ II 1« Гг. я 4.1 . V - 65

М4 »« _ 16 Сг, 0 - л 46

М5 1* «а Те - л

Мб По Бридхмену - ' 51 - л 53

ГЧ V А Хлоридный _ 3.2 л 1 1

С2 II ж к - Л 0 С9

сз I» 1« - 3.0 л 25

С4 «0 1в - 5.3 л 3

1« «9 - 6.0 л 12

сз МОС-гидрид. Бп 2.0 0 18

Расплав КОН*ЛаОН

М7 По Чохральсксму Сг - 0. 17

М8 » _ ,, Сг - г. 2

М9 ,. _ гу л чЛ V - 'ч/ 12

М10 " _ *• - - о \ X

МИ ,1 ** - - 0. 08

С7 Хлоридный - 3.0 0 05

С8 МОС-гидрид. - 1.8 0 03

С9 и II - 2.2 г. 08

СЮ •1 II - 2.6 0 01

Примечания. 1. В нумерации образцов "М" означает монокристалл, "С"-эпитаксиальнуи композицию. 2. 6 - толщина эпитаксиального слоя.

личаются чрезвычайным разнообразием морфологических ферм. Зто связано со способностью АВ - травителя реагировать не только на полл напряжений вокруг дефектов, но и на локальные изменения оптичес -ких и электрических свойств матрицы. Форма следов дислокаций при

обработке в этом травителе определяется окружавшими их атмосферами точечных дефектов. Таким образом, исследование картин травле -ния монокристаллов в АВ-растворе позволяет получать информацию о характере взаимодействия дислокаций с точечными дефектами и однородности оптических и электрических свойств образца.

Установлено, что картины травления эпитаксиальных слоев при обработке в АВ-растворе существенно беднее морфологическими деталями в сравнении с картинами травления исходных подложек, причем следы дислокаций либо не выявляются вовсе, либо выявляются крайне неконтрастно. Показано,что наблюдаемые особенности травления эпитаксиальных композиций б расплавах гидроксидов и АВ-растворе объ-яснявтся значительно более низкими концентрациям;! и более однородным распределением собственных точечных дефектов и примесей в эпитаксиальных слоях з сравнении с монокристаллами.

Определены минимальные глубины травления СаАэ. позволяющие получать контрастные следы дефектов в исследованных травителях. За минимальную глубину травления принимала слой материала, который необходимо удалить для получения контрастных следов дислока -ций при оптимальных для определения дислокационной плотности увеличениях микроскопа О 200 х). Для расплава КОН эта величина на -ходится в интервале С 1.5-2.0) .шш, для расплавов КОН+МаОН харак -теризуэтея значениями СО. 6-0.8)мкм. в случае нВ-раствора состав -ляет С9-10)мки. Поэтому целесообразно применение смеси КОН + НаОН для диагностики дислокаций в субмикронных эпитаксиальных слоях и приповерхностных областях монокристаллических подложек. Расплав КОН пригоден для контроля кристаллического материала и эпитаксиальных слоев толаиной выше С1.5-2.ОЗмкм. Использование АВ-раствора эффективно при исследованиях объемных кристаллических образцов.

Учитывая корреляцию электрофизических параметров БаЛи с распределением дислокаций в объеме кристалла, вагно располагать ин -формацией об однородности дислокационной структуры промышленных марок ыонокристгллического материала, не ограничиваясь данники с пределы"1 допустимых плотностях дислокаций НдСсред.). приведенных з технических условиях на слитки СаАз. Для оценки однородности дислокационной структуры с поыооью селективного травления был исследован 51 слиток ваАь промышленных марок, выраженного по метопу Ч'охральсксго и стличасаегсся средней дислокационной плоткосты> и уровнем легирования. Показано, что увеличение Яд Серед.) приводит к существенным изменениям однородности распределения дислокация.

связанным с усложнением дислокационной структуры. При низких значениях МдСсред. дислокации распределены в кристалле однородно, только на периферия поперечных сечений слитков каблю -даются отдельные.линии скольжения. Возрастание ПдСеред.) до величин свыше 5'10^см~^приводит к усложнению дислокационной структу -ры: дислокации сгруппированы в линии скольжения, на периферии по -перечных сечений появляются ячеистые сетки дислокаций. При значениях ИдСсред.) в интервале С1-2)-Ю^см"^ распределение дислокаций наиболее неоднородно : по всей площади поперечных сечений дисло -

кации объединены в плотные сетки с незначительным количеством дек -2

фектов внутри ячеек. Рост ИдСсред.) до значений свыше 3-10 см вновь приводит к увеличению однородности структуры за счет слия -ния стенок ячеистой дислокационной сетки.

При исследовании совершенства эпитаксиальных слоев важным вопросом: является влияние дефектов подложки на дополнительную генерацию дислокаций в слое. Данные травления в расплавах гидрок-сидов нелегированных гсмсзпитаксиальных слоев СаАэ. полученных по хлоридной и МЭС-гидридной технологиям, показали, что в оптималь -ных ростовых условиях слой полностью наследует дислокационную структуру подложки. Генерация дополнительных дислокаций в слое происходит в двух случаях : при использовании спльнолэгированных подложек (на микродефектах подложки, выходящих на границу подложка - слой) и при плохой предэпитаксиальной обработке, приводящей на начальной стадии эпитаксии к трехмерному росту С в этом случае дислокации генерируются в объеме эпитаксиального слоя при переходе от трехмерного к слоевому росту в области, ограниченной толщинами от 0.5 до 2.5 мкм ).

В четвертой главе приведены результаты применения различных вариантов химических воздействий С селективное травление, анодное окисление, избирательное осаждение металлов) для выявления важных в зпитаксиальной технологии двумерных дефектов:границ слоев в го-мо- и гетероэпитаксиальных композициях на основе СаА$ и 1пР. Оценена эффективность различных видов обработок, определены влияющие на контрастность выявленных линий границ факторы

Исследованы гсмозпптаксиальные композиции сз слоями п-типа с различным уровнем легирования и содержанием фоновых примесей, изготовленные по хлоридной и МОС-гидридной технологии на ПИ- и п+-подложках СаАэ и 1г,Р. Установлено, что при селективном травлении

з одинаковых условиях обработки на контрастность выявленной лтш:г! границы влияет два фактора: тип подложки и С в случае нелегирован -кого слоя) уровень фоновых примесей в слое. На основе анализа механизмов формирования следов дефектов при селективном травлении предложена модель, объясняющая большую контрастность линии грани -цы п-слой-п+-подложка в сравнении с границей п-слой-ПИ-подложка. Согласно предложенной модели граница п-слой-ПИ-подложка становится видимой после обработки в селективном травителе за счет разности скоростей травления области границы и окружающей ее более совершенной матрицы. В случае слоя на п-подложке действует еще один фактор:большая скорость травления п-области по сравнению с п+-об-ластью, приводящая к образованию ступени между ними, что усиливает контрастность изображения.

Для выбора оптимальных условий визуализации слоев целый ряд прилагаемых в литературе травителей и электролитов был опробо -ван на многослойных композициях, представленных на рис.1.

1017см"3' (2-ЗМ014см~3 1017см~3 С3-5>1018см"3

n-GaAs

С1-2)-1О10см"3

Са)

А10. 6Ga0. 4As

GaAsCвыравнивающий)

—p-GaAsÍKOH тактный) Р

n-GaAs(актив.) "A10.3Ga0.7As

" n"A10.5Ga0.5As п-GaAs

п- GaAs

_-СаРуАз^_уСнелегир.) -n-GaAs С1013-1014)см"3 -GaAs (5'1017см"3)

(///////Л

ЛпАз0.47Р0.53 (активный) ■InAsPCпереход.) ■1пР (нелегир.)

(в)

С г)

■1пРСЮ17см"3)

Рис.1. Схематическое изображение исследованных многослойных

композиций (а - гомоэпитаксиальная композиция GaAs/GaAs; 6 - гетерокомпоэиция AlxGa^_xAs/GaAs; в - гетерокомпо-эиция GaP„As,_y/GaAs; г -гетерокоштоз::ция InAs^P^^InP).

Приьэдег.у данные, * .-рактеризувщие чувствительность опробованных реагентов к изменениям концентрации носителей заряда и к содержании третьего компонента (для композиций с тройными растворами) в смежных слоях. Для селективных травителей определены глубины травления материала за время обработки. Анализ получ.нкых ре -зультатов показал, что оптимальными для выявления зпитаксиальных границ являются:ь случае композиций на подложках йаАБ - АВ-трави-тель ССгОдСЮг) + НГСЮмл) + й,0С20ил) + АдШ3С0.08г)]; в случае композиций на подложках 1пР -травитель состава [К3Ге(СЮ6 С2.5г)+ КОН СЗг) + Н^ (25мл)].

Пятая глава посвящена изучение процесса трансформации точечных дефектов в ИИ-кристаллах ЗаАз под действием ТО и влияния этого процесса на рекомбинационные параметры материала. Било после -довано действие ТО на три группы кристаллов с различной дислока -ционноЕ плотностью и содержанием примеси хрома. Температурный интервал С650-900)°С и время отжига (15мин) приближены к используемым в технологии создания приборов режимам ТО. Времена жизни НЮ Тр_ для этих кристаллов представлены в таблице 2. Данные таблицы

Таблица 2

Значения т^ КНЗ в термообработанных кристаллах ГИЬСаАБ

Групп.:-, кристаллов Т, С (ТО) тк. не (до ТО) Тр, НС (после ТО) Увеличение Тг после ТОСво сколько раз)

Первая ваАз:Сг Кд>6-104сы"2 [Сг1ке лимитир. 650 750 650 300 0.6 ± 0.1 0.7 1 0.1 1.2 + 0.1 0.7 ± 0.1 0.6 ±0.1 0.7 ± 0.1 2.5 ± 0.1 1.5 ± 0.1 1.0 ± 0.1 1.0 + 0.1 2.1 +0.1 2.2 ± 0.1

Вторая СаАз:Сг203 Кд<1-104см~2 [Сг]<5-10"5мас.% 650 750 850 900 1.2 ±. 0.1 1.9 + 0.1 2.7 + 0.2 1.5 + 0.1 1.4 1 0.1 1.4 г 0.2 2.1 ±0.2 1.5 ± 0.1 1.2 ± 0.1 0.8+0.1 0.8 ± 0.1 1.0 + 0.1

Третья СаАзг.Сг^Од Мд>6-104см"2 [Сг)<5.10"5мас.;. 650 750 850 900 0.6 ± 0.1 0.6 1 0.1 0. 7 : 0.1 0.8 ± 0.2 0.9 ± 0.1 1.0 ± 0.1 1.1 ± 0.1 1.8 л 0.2 1.5 ± 0.1 1.7 ±0.1 1.6 ж 0.1 2.2 + 0.2

показывает, что изменения тр под действен отжига происходят по-разному для различных групп образцов. В кристаллах с М„(сред.) гыше 6•10^см~^(группы 1 и 3) ТО приводит к увеличение гр. В пер -зоЯ группе образцов увеличение тг, начинается с Т„_„ = 850вС, в

К уТД.

третьей группе рост тр происходит во всем интервале температур отжига. В кристаллах с малой НяСсред.) (вторая группа) Тр не из -меняется. Из анализа температурной зависимости тр определена энергия активации отжига рекембинациенных центров для кристаллов группы 3, составлягщая 0.1 эВ. Процесс отжига в образцах с высо -ким содержанием хрома (группа 1) не может быть охарактеризован одной энергией активации, протекает ступенчато. Ступенчатый характер процесса, по всей вероятности, связан с отжигом рекембинаци-онных центров, в состав которых входит Сг. В кристалллах с низ -ким содержанием Сг (группа 3) рекомбинация происходит через образованные собствеными точечными дефектами центры, которые отжига -стся при белее низких температурах.

Анализ картин травления в АВ-растворе показал, что ТО образцов первой и третьей групп приводит к формированию вокруг стенок ячеек дислокационной сетки областей с измененным по сравнению с матрицей рельефом поверхности ( рис. 2 О.. Эффект ярко выражен для

(а) Увеличение 150х. Сб) Увеличение 2С0х.

Рис.2. Картины травления в АВ-растворе кристалла СаАБ из третьей группы образцов до ТО Са) и после ТО при ЭбО'С (б).

кристаллов группы 3. в незначительной степени-длл кригталлсЕ гру-

г.пи 1 и "о наблюдается для образцов группы 2. Появление этих об -ластей-результат генерирования точечных дефектов дислокациями из стенок ячеек, приводящего к обеднению точечными дефектами кристаллической матрицы в прилегающих к дислокационным стенкам участках.

Данные травления позволяют объяснить связь плотности дисло -наций в исходных кристаллах с изменением рекомбинационнлх свойств при ТО. При малых М^Ссред.) в кристаллах нет развитой сетки дкс -локаций. Генерирование точечных дефектов отдельными дислокационными линиями не оказывает заметного влияния на интегральные па -раметры кристаллической матрицы, к которым относится и Тр. При Тгцроких Нд Серед.) основный;! элементами дислокационной структуры являются плотные стенки дислокаций, пронизывающие весь кристалл. В таких кристаллах области вс сруг дислокационных стенск. обедненные точечными дефектами, перекрываются и составляют значительную часть объема кристалла, что приводит к изменению интегральных параметров матрицы. Критическое значение Нд Серед.), при которой происходит перекрытие обедненных точечными дефектами областей, находится в интервале С1-6)'10^см"^, как это видно из таблицы 2.

Перераспределение дефектов под действием ТО. наблюдающееся для образцов 3-й и в меньшей степени-1-й групп образцов, не ограничивается формированием обедненных точечными дефектами областей вокруг дислокационных стенок. Картины травления отожженных образцов в АВ-растворе фиксируют исчезновение внутри ячеек дислокационной сетки следов от отдельных дислокаций, присутствующих в исходных кристаллах. Результаты обработки в расплаве КОН показывают отсутствие изменений в распределении и плотности дислокаций после отжига. Следовательно, потеря чувствительности АВ-раствора к дислокациям связана с изменением электрохимических свойств матрицы.

Исследования с помощью комбинационного рассеяния света по -зволили сделать вывод о появлении в результате ТО в кристаллах 3-ей группы микрсплсскостей, ориентированных в направлениях <11С или <111>, которые интерпретированы, как микропреципитаты растворенного до отжига б матрице избыточного Аз. Ввиду стока дефектов на дислокации маловероятно скидать образования кластеров Аб б прилегающих к стенкам дислокаций областях. По-видимому, кластеры локализованы внутри ячеек и могут бить ответственны за потерю чувствительности АВ-раствора к дислокациям, о которой говорилось вы ше. Для подтверждения этого предположения были привлечены резуль-

таты исследования изохронного отжига хри< таллоз СаАз, облученных тепловыми нейтронами дозой б-Ю^см"*". Показано, что следствием облучения явилась потеря способности АВ-раствора к выявление де -£эктов С дислокаций и микропреципитатов), которая восстанавливается после отжига в интервале температур С350-450)°С. Для облученных кристаллов причиной наблюдаемого эффекта является образование во время облучения многовакансионных кластеров и их последующий распад во время отжига. Возвращаясь к ПК - кристаллам, можно сделать вывод о существовании внутри ячеек сетки дислокаций кластеров точечных дефектов в концентрациях, сравнимых с концентрациями мно -говакансионных комплексов в облученном СаАэ. Поскольку многовака-нсионные комплексы при температурах С650-900)°С нестабильны, процессом комплексообразования, протекающим в этом температурном интервале, скорее всего, является диффузионная микропреципитация растворенного в матрице избыточного Аз.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Основные результаты, полученные при выполнении диссертацион -ной работы, сводятся к следующему:

1. Обнаружена специфичность действия селективных травителей на гомоэпитаксиальные композиции, изготовленные на <100>-СаАз по хлоридной и МОС-гидридной технологии, з сравнении с монокристал -лами. Установлено, что травление эпитаксхальных композиций в расплавах КОН и КОН+МаОН протекает с существенно меньшей скоростью, чем монокристаллов, показана невозможность формирования контрастных следов дислокаций при обработке эпитаксиальньгх слоев в АВ-ра-створе.

2. Определены глубины травления СаАэ, необходимые для формирования контрастных следов дефектоз при обработке в исследованных травителях. Для расплавов КОН и КОН+КаОН глубины травления составляют, соответственно, С1.5-2.0) и СО.6-0.8)мкм, для АВ-растЕора зта величина находится з интервале (8-10)мкм. Даны рекомендации по областям применения исследованных травителей.

3. Показано, что однородность распределения дислокаций в по-я/яяолирувщем СаДз промышленных марок определяется дислокационной плотность« материала ПтСср.). Наибольшей однородностью распреде -:;--1г.! I пкелокчигй хз'мктеризуютсл кристаллы с К „С ср. К 3«10ЧС(Г^ 1:

Ид Сер.)>3-105см~2 При и ¡ачеипп МдСср.) в интервал? С1-2)•1С5с«~2 распределили? дислока!!"^ наиболее неоднородно.

4. Установлены механизмы генерации дислокаций в гомоэпитак -спальных слоях СаАэ, выращенных хлоридным и МОС-гидридным методами газофазной эпитаксии. Показано, что дополнительно к наследуе -мым из подложки генерация дислокаций происходит при использовании сильнолегированныу подложек Сна микродефектах подложки, выходящих на границу подложка-слой) и при плохой предэпитаксиальной обработке, приводящей к трехмерному росту на начальной стадии эпитаксии С в этом случае дислокации генерируются при переходе от трехмерного к слоевому росту в области эпитаксиального слоя, ограниченной толщинами от 0.5 до 2.5мкм).-

5. Экспериментально установлено влияние типа подложки и уровня фоновых примесей в слое На контрастность выявленной селективным травлением границы подложка- слой п-типа в гомоэпитаксиальных композициях на ваАз и 1пР. Показано,что бо'лыиая контрастность линии границы композиции на п+- подложке в сравнении с композицией на полуизолирующей подложке обусловлена действием дополнительного фактора формирования изображения границы при травлении смежных областей п+- и п-типа.

6. Выбраны оптимальные варианты химической обработки для выявления границ слоев б эпитаксиальных композициях на СаАз и 1пР, обеспечивающие максимальные контрастность линии границы и чувст -вительность к изменениям концентрации носителей заряда и содержания третьего компонента С для тройных растворов) в смежных слоях,а также минимальную глубину травления за время обработки. Для ком -позиций на СаАэ оптимальным является АВ - раствор [СгО^ С Юг) + Ш7 С 10мл) + Н20 С20мл) + АдШ3 С0.08г)3, для композиций на 1пР -травитель состава [К3ГеССЮ6 С2. 5г) + КОН СЗг) * Н20 С25мл) 3.

7. Установлено, что термообработка в интервале температур С650-900)°С полуизолирующего ваАэ с МдСср. )> 6-Ю^см"'" приводит к формировании вокруг стенок дислокаций протяженных областей, обедненных точечными дефектами С центрами безызлучательной рекомбина -нии), в результате чего происходит возрастание времени жизни НИЗ в два раза и более. В кристаллах с высоким содержанием Сг отжиг рекомбинационных центров начинается при Т0Т1. = 850°С. В кристал -лах с содержанием Сг<5*10"®ыас.отжиг происходит монотонно ь интервале температур С650-900)°С с энергией активации Е =0.1±0. 02зЗ.

-158. Показано, что термообработка полуизолирующего ваАв с ИдСср.) > 6'104см~^и содержанием Сг < 5*10~^мас.% наряду с перераспределе -нием точечных дефектов вокруг дислокационных стенок сопровождается процессами микропрецкпитации избыточного мышьяка, локализованными внутри ячеек дислокационной сетки.

Список опубликованных работ

1. Борисова Т. Л. , Власукова Л. А. , Нятикшис В. В. , НореЯка Д. П., Пятраускас М. Б. , Станев Н. , Утенко В. И. . Хитько В. И. Влияние высокотемпературной обработки на рекомбинационные и структурные свойства полуизолируодего арсенида галли " ФТП. - 1990. -Т. 24, If 12. - С. 2005 - 2009.

2. Акимов А. Н. , Борисова Т. Л. , Василяускас Р. , Власукова Л. А. , Ионикас Л. , Стораста Ю., Ярашюнас К. Исследование дислокационной структуры полуизолируви;его арсенида галлия методами нелинейной оптики // Труды VII Международной конференции по микроэлектронике " Microelectronics 90 " - Минск, 1990. - Т.1.

С. 13 -15.

3. Akimov А. N. , Vlasukova L. A. Disorder of GaAs Single Crystal:; Resulting from the Heat-Treatment // SPIE. - 1SS2. - V. 1783. -P. 330 - 337.

4. Власукова Л.А. Травление монокристаллов и зпитаксиальных слоев GaAs раствором Абрахамса-Бьсоччи // Изв. РАН. Неорганические материалы. - 1993. - Т.2&, If 12,- С. 1590 - 1592.

5. Власукова Л. А. Травление монокристаллов и зпитаксиальных слоев GaAs <001> расплавами гидроксидов // Изв. РАН. Неорганические материалы. - 1993. - Т. 29. W 12,- С. 1593 - 1596.

6. Власукова Л. А. Выявление границ в зпитаксиальных структурах на основе // Изв. РАН. Неорганические материалы. - 1S93. -Т. 29, М 12. - С. 1597 - 1600.

7. Власукова Л. А. К методике выявления зпитаксиальных границ в

о с

гетерокомпозициях на А 8 -'/ Изв. РАН. Неорганические материалы. - 1993. - Т. 29, М 12,- С. 1601 - 1604.

8. Vlasukova L. , Akimov A. Peculiarities of Interface Delineation of Honoepitaxial Layers Grown on Sc.T.i-Insulating Substrates of S.)As гnd InP v Abstr.of SIKC-S. - Varjaw. Poland. 1S94. - P. 34

РЕЗЮМЕ

Власукоьа Людмила Александровна. "Анализ структурных дефектов в выращенном по ыетоду Чохральского СаАз и эпитаксиальных кошозициях на его основе."

Ключевые слова : псенид галлия, фосфид индия, структурные дефекты, селективное травление, монокристаллы, зпитаксиальные компо -зиции. термообработка.

Развит метод селективного травления применительно к диагностике структурных дефектов в выращенном по Чохральскому <100>-СаАз и эпитаксиальных композициях на основе СаАБ и 1пР.

Проведено комплексное исследование дислокационной структуры и ансамбля точечных дефектов в полуизолирующем СаАз. позволяющее установить причины возрастания структурной неоднородности материала в ходе технологических высокотемпературных обработок. Результаты работы представляют интерес для физики твердого тела, физики полупроводников и материаловедения.

РЭЗЮМЭ ■

Уласукова Людм1ла Аляксандрауна. "Анал1з структурных дэфектау ва узрошчаным па метаду Чахральскага СзАэ I эп1такс1ялышх кампаз1цыях на яго аснове."

Ключавыя словы : арсэн1д гал1ю. фасф1д 1ндьш, структурныл дэфек-Т11, селектыунае трауленне, крь:штал1, эп1такс1ллькь;л 1.ампаз1цы1. тэрмаапрацоука.

Разв1ты метад селектыунага траулення аднссна дылги'остык1 структурных дэфектау ва узродчакш па Чахра/;ь~ч:ам/ Ю0> -ОаАз I эп1такс1яльных кампаз1цыях на аснове СаАБ I 1пР

Праведзена комплекснае даследаванне дыслакашлйнай структуры I ансамбля кропкавых дэфектау у пау1аал1руючш СаАй.лс;,? дазваляе высветл1ць прычыны узрастаиня структурная нёаднлро;;и-;.-.;ц] матэрия• ла у час пргвядзення тэхналаг1чных высокатэипературннх апрацоьак. Ван1к1 праца уяуляюць 1нтарэс для фТо1к1 цр"рцага шига, Ф1з1к1 пауправаднТкоу I мг.тэрь:ялазнаус;тв&.

SUMMARY

Vlasukova Ljudmila Alexandrovna. " The analysis of structural defects in GaAs qrown by Czochralski technique and in epitaxial compositions created on its basis".

Key words : gallium arsenide, indium phosphide, structural de -fects, selective etching, sinqle crystals, epitaxial composi -tions. heat-treatment.

The method of selective etching in application to diagnos -tics of structural defects in <100> - GaAs grown by Czochralski technique and in epitaxial compositions on the basis of GaAs and InP has been developed.

The complex investigation of dislocational structure and ensemble of point defects in semi-insulating GaAs permitting to determine the reasons of increasing of structural inhomogeneity of material during technological heat-treatmenL has been carried out The results of this work are interested in solid - state physics, physics of semiconductors and in science about mater1-'"

ВЛАСУКОВА Людмила Александровна

АНАЛИЗ СТРУКТУРНЫХ ДЕФЕКТОВ В ВЫРАИЕНННОМ ПО МЕТОДУ ЧОХРАЛЬСКОГО СаАэ И ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЯХ НА ЕГО ОСНОВЕ

01.04.07 - Физика твердого тела

Автореферат на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано к печати 6.09.1995г. Формат 60x84 1/16. Объем 1.0 усл. печ. листа; 1.0 уч.-изд. листа. Заказ К330 тирах 100 экз.

Отпечатано на ротапринте БГУ 220080 Минск, пр. Ф. Скор;:ны. 4.