Диагностика структур на основе InGaAsP/InP методом комбинационного рассеяния света тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ш. А.Ф.ИОФФЕ

Р Г Б На правах рукописи

•УДК 621.383.51

Якименко Игорь Юрьевич

ДИАГНОСТИКА СТРУКТУР-НА ОСНОВЕ'шСаЛзР/ГпР МЕТОДОМ

КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА (01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1994

Работа выполнена в Физико-техническом институте им.Л.Ф.Иоффе Российской, Академии наук.

Научный руководитель: Лауреат Государственной прешш,

доктор технических наук А.Т.Гореленок.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук,

профессор - Р.Л-Сурис,-

доктор физико-математических наук В.Л.Волков.

Ведущая организация - Санкт-Петербургский технический

университет.

Защита состоится с/кж/г 1994г. в часов

на заседании специализированного совета K-003.23.0I в Физико-техническом институте иы.А.Ф.Иоффе по адресу 194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул., д.26.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФТИ им. А.Ф.Иоффе.

Автореферат разослан /■/<?/? 1Э94г.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат физ.-мат. наук Г.С.Куликов

Полупроводниковые • твердые растворы InGaAaP/TnP широко применяются в современной микро- и оптоэлек-троника для создания быстродействующих транзисторов, лазеров и фотоприеынйков волоконно-оптических линий связи спектрального диапазона 1.3-1.55 шеи. Дальнейший прогресс оптических систем парадачи, приема и обработки информации во многом определяется разработкой технологии создания свзрхсЗнстродеАствуодих многофункциональных оптоэлектронных интегральных схзм на основе этих материалов. Разработка и оптимизация технологии тесно связагш с развитие« методов локального контроля структурных и электрофизических параметров субмикронных слоев твердых растворов.

Одним из методов» прэдоставлякцих широкие возможности для диагностики полупроводниковых структур, является спектроскопия комбинационного рассеяния света (КРС). Метод КРС позволяет идентифицировать состав твердых растворов, определять концентрацию и подвижность носителей заряда, определять внутренние напряжения на границах раздела гетероструктур, выявлять направление зпитак-сийльного роста слоев. В спектрах КРО проявляется разупорядоче-ниа кристаллической решетки, возникающее под действием ионной имплантации и других технологически:: операций. В ряде случаев возможен анализ по спектрам КРО химических процессов, протека-щих на поверхности полупроводника при формировании слоев металла и диэлектрика, при химическом и плазменном травлении. Перспективность мзтода КРС а диагностике полупроводниковых структур определяется возможностью норазруяшйщего бесконтактного локального контроля приповерхностных слоев с толщиной, определяемой

глубиной проникновения в полупроводник тестирующего свата о

(обычно 300- 3000 А). Благодаря высоким значениям сечения рассеяния света э полупроводниках в спактрох КРС возионно наблюдение линий от эпитаксиальных слоэв толщиной насколько десятков ангстрам.

Большая часть работ по КРС поевтаана исследованию бинарных полупроводников (п-ХпР, GaAs, Gal' п- к р-ткпа и др.). Из тварднх растворов наиболее детально исследованы п- и р- AlxGa1 ^а и структуры на их основе. Данные по КРС a InGaAsP/InP ограничены, в основной, исследованием зависимости спектров от состава твер-

дах растворов. Соединения InGaAsP представляют собой пример неупорядоченных систем, б которых реализуется конфигурационный беспорядок как в катионной, так и в анионной подрешетках. Спектры решеточных колебаний, активных в процессе комбинационного рассеяния света, в таких системах существенно отличаются от спектров идеальных кристаллов и носят сложный характер. Поэтому значительный интерес представляют исследования спектров ICPC легированных слоев этих полупроводников, отражающих взаимодействие колебательной и электронной систем в четверных твердых растворах. Параметры этих систем могут изменяться в широких пределах за счет варьирования состава и условий легирования слоев. Представляет интерес исследований трансформации спектра колебательных состояний твердых растворов InGaAsP при внесении дополнительного структурного беспорядка из-за воздействия ионных пучков и проведения диффузионных процессов.

Таким образом, данная работа, посвященная комплексному исследованию особенностей спектров КРС различных структур InGaAsP/InP, является актуальной как с научной, так и с практической точек зрения.

Цель_работы заключалась в определении возможностей метода КРС в диагностике полупроводниковых структур на основе InGaAsP/InP. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие основные задачи:

- экспериментально исследовать КРС в p-IriP и легированных эпи-таксиальных слоях In^ _xGax/i.syP1 в широком диапазоне составов и концентрации свободных носителей, а также в диффузионных и имплантированных слоях;

выбрать модели для расчета спектров КРС, позволяющие связать характеристики спектров с параметрами диагностируемых структур;

- сопоставить результаты, полученные методом КРС, с данными традиционных методов исследования.

11§УУйё^_М5Вкпна_и_пр&кткческая заключается

б том,что в ней впервые 'с-кспориментально и теоретически исследо-рнны ялззмок-фзношшй ысдн в спектрах KPü п-лпОнлеР, ,TGa0 53AS п- и р-т;г;а, p-lnl\ Анализ формы линий спектров

КРС ¡шлеп'.рта'л'ных тйэрл:-::; растворов показал, что еизктр актив-

ных в КРС колебательных состояний косит не дискретный, а непрерывный характер. Для описания фононных и плазмон-фоконных мод в спектрах КРС твердых растворов предложена фено-

менологическая модель, в которой континуальны1.', спектр решеточных колебаний аппроксимируется набором гармонических осцилляторов, число и параметры которых подбираются из лучшего соответствия расчетных и измеренных спектров. При расчете спектров использовано спектральное сечение рассеяния многоходовых полярных кристаллов с учетом восприимчивости плазмы свободных носителей. Предложенная модель хорошо описывает как спектры КРС, гак и спектры ИК-отранения. Установлено, что сущеслвонное влияние на форму линий оказывает дисперсия плазменной частоты и затухание Ландау. На основе проведенных исследований предложены и апробированы методики определения концентрации и оценки подвижности свободных носителей в слоях п-1пСаАзР, 1пд .^^о 53АБ п- и р-

типа, р-1пР с высокой локальностью-по поверхности (50- 150 мкы)

о

и по глубине (300-900 А), методи;:а определения профилей концентрации свободных носителей в градиентных слоях. Показано, что метод КРС монет быть использован для определения скорости поверхностной рекомбинации, а также для определения порога амор-физации при имплантации ионов кремния в этих материалах и контроля послешплантационного отжига.

0°ИО@нке_положения^_выносимце_на_з : I. Спектры КРС п-Тл^^а^ЗуР^у при концентрациях свободных носителей, превышающих некоторое значение па, содержат полосы, обусловленные плазмон-фононным взаимодействием. Значение пс определяется составом твердого раствора и длиной лолны возбуждающего, света. Так,при возбуждении на длине волны -514.5 нм для 1пР п(,« 5-1016см~3, а для 1Пд 4ТСа0 53Аз пс« 2•1018см"3. В случае 1пР и Гп1_хСахЛэуР1_у р-типа плазмон-фононное взаимодействие не принудит к появлению высокочастотных плазмон-фононных мод, а наблюдается только сложная трансформация спектра в области однооконных переходов.

2; Форма ЛИНИИ фононных и плазмон-фононпых МОД В 1Г|0РЛг!Р/1п1' п-типа может быть описана в рамках макроскопической теории КРС уногомодовых полярных кристаллов, в которой учитывается оссири-

-Ь-

имчивость плазмы свободных носителей (при этом непрерывный спектр активных в процессе комбинационного рассеяния свата .колебательных состояний аппроксимируется набором гармонических осцилляторов). Форма линий спектров КРС в 1гзР и ^пс.47Са0.53Лз типа шкет быть описана при помощи этой до подали, в котором учитывается восприимчивость дырочной плазмы с сильшш затуханием.

3.Калибровочные зависимости частоты плазыон-фоношшх «од в п-Хп^^Са^АЗуР^у, интенсивности рассеяния на частоте ЬО-фонона в р-1пР и интенсивности рассеяния на частоте фононной коды СаАэ-типа в п(р)-1пд ^ад^Ла от концентрации свободных носителей позволяют определять как концентрацию электронов и дырок в исследуемых материалах, так и профили их распределения в градиентных слоях с высокой локальностью по поверхности (60- 150 мкм)

и по глубина (300-900 А).

ЛПР22еуия_работы. Результаты диссертационной работы докладывались на I Всесоюзной конференции "Физические основы твердо-тель.ной электроники" (Лештград,1983), V Всесоюзной конференции по физическим процессам в гогероструктурах (Калуга,1990), XII Всесоюзной конференции по физике полупроводников (КиевДЭЭО), I Российской .конференции по физике полупроводников (Низший НовгорОдДБЭЗ), XVII Международной конференции по дефектам в полупроводниках 1СБЗ-17 (Австрия,1ЭЭЗ).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в V печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

СтЕХктупа_и_объ9М_Еаботн. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем диссертации составляет 143 страницы, из которых 103 страницы машинописного текста, 35 страниц с рисунками, 5 таблиц: Список литературы насчитывает 144 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, приведены основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой глава содержится обзор'работ, посвященных исследованию методом спектроскопии комбинационного рассеяния света свойств структур соединений A1I:[BV .

В первом параграфа приводятся основные■эффекты, проявляющиеся в спектрах КРС как бинарных полярных полупроводниковых кристаллов, так и твердых растворов на их основе. Показано, как эти эффекты могут быть использованы в диагностике для определения параметров полупроводниковых структур.

Во втором параграфе рассматриваются особенности оптических спектров полупроводниковых твердых растворов в области решеточных колебаний. Анализируются теоретические модели, используемые для расчета колебательных спектров твердых растворов. Приводится обзор работ, посвященных исследованию спектров ИК-отражения и КРС в InGaAsP и других твердых растворах. Показано, как по фононным частотам может быть идентифицирован состав, исследуемого полупроводникового соединения.

В третьем параграфе приведен обзор работ, посвященных экспериментальным и теоретическим исследованиям КРС на смешанных плазмон-фононных колебаниях в бинарных и тройных полупроводниках. Рассматриваются основные механизмы, ответственные за рассеяние света на плазмон-фононных колебаниях; приводятся приближения, позволяющие учесть вклад свободных электронов в диэлектрическую функцию полупроводника при теоретических расчетах спектров КРС на плазмон-фононных модах; анализируются факторы, оказывающие влияние на форму плазмон-фононных полос в спектрах КРС. Приводится обзор работ, в которых КРС на плазмон-фононных модах используется для определения концентрации и подвижности свободных носителей в слоях полупроводниковых структур.

Четвертый параграф содержит обзор работ, посвященных исследованию КРС в имплантированных слоях. Описываются изменения в спектрах КРС, происходящие при увеличении дозы, имплантированных иоксв. Рассматриваются объяснении наблюдаемой трансформации спектров КРС, приводимые разными исследователями. Из анализа работ следует, что спектры КРС бинарных полупроводников очень чувствительны к нарушениям совершенства поверхности, возникающим в процессе ионной имплантации. Данные по КРС- в' имплантированных

твердых растворах практически отсутствуют.

В пятом параграфе дан краткий обзор работ, в которк^ спектроскопия КРС использовалась :

- для анализа химических процессов на поверхности полупроводника, протекающих при формировании диэлектрических и металлических покрытий, при химическом и плазменном травлении;

- для определения внутренних напряжений в эпитаксиальных слоях, гетероструктурах и МДП структурах;

- для определения ориентации эпитаксиального роста слоев;

- для определения локальных температур на работающих приборных структурах;

- для исследования ниэкоразмерных структур.

В конце главы приводятся основные выводы по анализу литературы. Метод КРС обладает высокой информативностью в диагностике полупроводниковых структур. Достоинствами спектроскопии КРС, выгодно отличающими ее от других методов диагностики, являются высокая локальность, экспрессность, возможность неразруша-ющего и бесконтактного контроля. Однако, большая часть работ посвящена исследованию бинарных полупроводников. Данные по КРС в InGaAsP/InP ограничены, в основном, исследованием зависимости спектров' от состава твердых растворов.

описаны объекты исследования, традиционные методы диагностики,с помощью которых определялись электрофизические. параметры исследуемых образцов; установка для проведения экспериментов по комбинационному рассеянию света, а также условия проведения измерений спектров КРС. Объектами исследования служили:

- слои InGaAsP различного состава толщиной 0.5-3 мкм, выращенные

методом жидкофазной эпитаксии на подложках InP (100) ориентации

т^ тч -Я

с концентрацией электронов в слоях от 5-10 до 2-10 см , ''-слои InGaAsP, имплантированные ионами кремния энергией 100

ТО т г О

кзЪ, доза облучения варьировалась от 5-10 до МО ион/см ;

- имплантированные слои InGaAsP, подвергнутые изотермическому •..пхнгу;

- гаддокки In? и GaAs, а также гетероструктурь: In^ ^Gag .t^As/ /.!Г?Г, легированные Zn методом дн.^у^ип из полимерной

-91 fi T Ч —1

пленки, концентрация дырок изменялась от 5-10 до 5-10 см

Концентрация и подвижность свободных носителей определялась из холловскг.:-: и C-V-измерений. Профиль легирующих атомов определялся методом ВШС. Измерение толщины стравленного слоя проводилось на профилометре DIKTAK.

Эксперименты по комбинационному рассеянию света проводились на установке, созданной на базе двойного монохроматора ДФС-24 с дифракционными решетками 1200 штрихов/мм. В качестве фотоприемника использовался охлаждаемый ФЭУ-79 в режиме счета фотонов. Сканирование решеток ыонохроматора и сбор спектральной информации синхронизировались микроЭВШ ДВК-3. Образец закреплялся на двухкоординатной микроподвижкэ, что в сочетании с системой визуализации образца позволяло осуществлять прецизионную юстировку в нужной области исследуемой поверхности. Спектры КРС регистрировались в геометрии рассеяния, близкой : обратной. Возбуждение КРС осуществлялось с помощью аргонового лазера. Чтобы избежать перегрева образца и влияния на спектры КРС оптически возбужденных носителей, плотность мощности возбуждения на об--разце не превышала, как правило, 100 Вг/'см~.

Третья_глава включает в себя -результаты экспериментального исследования плаэмон-фононных мод в спектрах КРС легированных слоев InGaAsP n-типа и InP, GaAs,

In0.4YGa0.53Aa Р"типа;

-теоретическое рассмотрение комбинационного рассеяния света е полярных полупроводниках, учитывающее взаимодействие континуума КРС-активных решеточных колебательных состояний с плазмой свободных носителей;

-сопоставление расчетных и экспериментальных спектров КРС легированных слоев InGaAsP/InP.

В первом параграфе приведены экспериментальные спектры КРО в слоях InGaAsP различного состава с конце](трнциай свободных носителей в диапазоне от 5-I015 до 2-IG19 см""3. Спектры пелегиро--ванных образцов отражают споктр колебательных состояния твордвх растворов. Разложение наблюдаемых спектр::!) на лоронцовскио К';н тура показывает, что колебательные спектр» исследуемых тл-фдчу. растворю» но мог;/'г бить oiutcp.ua о достаточной точности» че »."р'.-х-

осциллятарной моделью изосмещений. В спектрах КРС из-за нарушения трансляционной симметрии проявляется непрерывный спектр колебательных состояний твердого раствора. В связи с этим не представляется возможным рассматривать изменение параметров отдельных полос (как это делается в твердых растворах п явно выраженным двухмодовым поведением), а приходится говорить о сложной трансформации спектров КРС. С ростом концентрации свободных носителей в спектрах КРС наблюдается трансформация полос в области однооконных переходов, а также появляется новая мода, частота которой растет'с увеличением концентрации электронов. Высокочастотная плазмон-фононная мода в спектрах КРС появляется при превышении определенной концентрации величина которой зависит от состава твердого раствора и длины волны возбундения. Проведенные оценочные расчета показывают, что значения пс коррелируют с пороговой концентрацией области затухания коллективных возбуждений плазмы (затухания Ландау). Наблюдению плазмон-фононных мод при низкой концентрации свободных носителей препятствует также обедненный слой (изгиб зон) на поверхности полупроводника.

Во втором параграфе рассматривается макроскопическая теория KFC, разработанная ранее для описания рассеяния в многомодовых полярных кристаллах. Приводится вывод спектрального сечения рассеяния в системах, содержащих набор решеточных осцилляторов, взаимодействующих с плазмой свободных носителей. Сечение рассеяния записывается в форме, удобной для рассмотрения КРС в системах с сложным колебательным спектром.

При описании динамики решетки как кристаллов, так и неупорядоченных структур используется модель, в которой N ионов со-ошают малые колебания около равновесных положений. В нашем случае система ионов погружена е • плазму свободных носителей. Введение нормальных координат Wj позволяет описать движение ионов в такой системе с помощью уравнений механически независимых гармонических осцилляторов. При воздействии возбуждающего излучения с электрический полем Ej в рассматриваемой системе индуцируется нелинейная поляризация Рп1, которую в случае электро-оптичеексго к деформационного механизмов рассеяния (и- и Е- механизмы I мочено запкееть:

Рп1=( йеЕ + ^ ^ V!^ ) Ер (I)

где Е- макроскопическое внутрикристаллическое продольное поле, коэффициенты йе и характеризуют модуляцию поляризуемости

связанных электронов внугрикристаллическим электрическим полам и нормальными колебательными модами. При этом спектр рассеянного света определяется тепловыми флуктуациями Е и У?^. Для расчета спектрального распределения интенсивности рассеяния применялся флуктуационно-диссипативный анализ.

В результате спектральное сечение рассеяния мояет быть записано в виде:

-1/£[ § щ х3 и] + 2 [ щ ] Ь

« (п.,+1) 1т

<%здп ъ

(2)

где 5(а),д)=есо+^ -функция низкочастотной диэлек-

трической проницаемости кристалла, %-((«) и %т,, (w,q)-~ фононнае и

электронная восприимчивости, е - высокочастотная диэлектрическая проницаемость, q- волновой вектор рассеяния; гу=[ ехр( Пы/кТ)-1Г1;

(в^/сЦ) - коэффициент Фауста-Генри ;}-ой нормальной

моды, отражающий соотношение вкладов в рассеяние деформационного и электрооптического механизмов для этого колебания;

2., и М-р эффективный заряд и приведенная масса, соответствующие 3- моде, (Д^ и 41ср.| - частота и сила 3- осциллятора.

Для описания'восприимчивости плазмы свободных носителей

я) использовалось выражение Линдхарда-Мермина. Проведенные модельные расчеты функции продольного отклика плазмы твердых растворов ТлОаАзР свидетельствуют о дисперсии плазменной частоты и затухании Ландау в исследуемом диапазоне концентрации свободных носителей.

В третьем параграфа приводятся расчетные спектры Г.РС твердых рзствров 1г):ЗаАзР п-тила и их сопоставление с эксперте к-

том; по данным модельных расчетов анализируется влияни' на спектры КРС различных факторов, приводятся калибровочные кривые, позволяющие определять концентрацию свободных носителей по спектрам КРС. ' .

В выражение сечения рассеяния входит много фононннх параметров. Поскольку априори эти параметр!, указать нельзя, для приближенного списания сложного колебательного спектра было использовано минимальное число осцилляторов в суммах (2), необходимое для удовлетворительного описания экспериментальных данных. Частоты, затухания и силы осцилляторов определялись из дисперсионного анализа спектров ИК-отражения. Коэффициенты Фауста-Генри подбирались по спектрам КРС нелегированных слоев при фиксированных значениях фононнкх параметров. Для проведения сопоставления с экспериментом при расчете учитывались вклад от обедненного приповерхностного слоя и изменения, определяемые аппаратной функцией прибора.

На примере Ir^ 610а0 3gAs0 a4PQ 1б показано, что эволюция спектров КРС и ИК-отражения может быть хорошо описана предложенной моделью, если при описании сложного колебательного спектра используется набор- из конечного числа осцилляторов (шести дЛя указанного состава). Проведенные расчеты позволили построить зависимости частоты высокочастотной плазмон-фононной моды и интенсивности фононной полосы обедненного приповерхностного слоя от концентрации свободных носителей. Значения п, определенные из спектров КРС, хорошо согласуются с данными холловских измерений.

В четвертом параграфе приводятся результаты исследования КРС в р-слонх 1пР:Еп, CaAs:Zn и 1п0 g^As:Zn. В данном слу-

чае спектры KFC отражают взаимодействие решеточных колебаний с сильно затухающей дырочной плазмой. В спектрах не наблюдается высокочастотных плазмон-фононных мод, а форма линии в области однофононных переходов существенно трансформируется. Расчет, проведенный согласно рассмотренной ранее модели, хорошо описывает экспериментально наблюдаемую эволюцию спектров с изменением р. В расчете восприимчивость дырочной плазмы описывалась выражением Друдь. Значение параметра плазменного затухания значительно превышало плазменную частоту, что вполне согласуется с низкой

подвижностью дырок. На основе проведенных расчетов была построена зависимость интенсивности рассеяния на фононной частоте от р, которую можно использовать для определения концентрации дырок в слоях. Эта зависимость в основном определяется наличием приповерхностного обедненного слоя, толщина которого зависит от р. | @_!Ш5§Р10й_глав9 описано использование метода КРС в диаг-

ностике структур на основа 1гЮаАзР/1пР.

; В первом параграфе приводятся результаты исследования влияния различных химических обработок 1пР на скорость поверхностной рекомбинации Б. Лазерное излучение, используемое для возбуждения спектров КРС, приводит.к появлению фотовозбужденных носителей, и концентрация носителей в приповерхностном слое полупроводника в основном определяется плотностью мощности лазерного излучения, диффузионной длиной носителей и скоростью поверхностной рекомбинации. Таким образом, регистрируя спектры КРС при различных плотностях мощности лазерного излучения и определяя по спектрам концентрацию свободных носителей в приповерхностном слое, можно получить зависимость концентрации фотовозбужденных носителей от плотности мощности возбуждения, из которой определяется 3. Исследовались кристаллы 1пР, поверхность которых обрабатывалась травителями различного функционального назначения, широко используемыми при формировании приборных структур. Полученные значения 5 сопоставлялись с результатами измерения скорости поверхностной рекомбинации методом, основанным на измерении поверхностной составляющей тока утечки р-п-перехода в 1пР после обработки его периферии в тех же травителях. Значения Б, подученные обоими методами, хорошо согласуются друг с другом. На основе проведенных исследований определены травители, обработка £ которых не приводит к увеличению 5. В заключение параграфа Отмечаются преимущества метода КРС, указывается возможность его (применения для определения Э в 1п6аАбР/1пР.

Второй параграф посвящен исследованию КРС в твердых растворах ХпС-аАзР, имплантированных различными дозами ненов, 'кремния энергией 100 кэЗ. Сопоставляется эволюция спектров КРС в 'подложках 1пР и в твердых растворах.

•' 3 спектрах КРС в области однооконных переходов исходных

подложек ШР наблюдается одна интенсивная узкая линия, соответствующая разрешенному правилами отбора в данной геометрии рассеяния ЬО-фонону центра зоны Бриллюэна. При нарушении трансляционной симметрии приповерхностного елок в результате ионной бомбардировки правила отбора "снимаются", и в спектре появляется полоса, соответствующая запрещенному ТО-фонону. По море увеличения дозы имплантации наблюдается значительное уширение наблюдаемых полос, а при наступлении аморфизации поверхности в спектре КРС присутствует широкая бесструктурная полоса, отражающая спектр колебательных состояний неупорядоченного материала. В твердых растворах спектры КРС менее подвержены ■ изменениям в процессе ионной имплантации, поскольку беспорядок замещения, присутствующий в исходных слоях, активизирует в процессе рассеяния света значительную часть спектра колебательных состояний, и вызванный имплантацией дополнительный беспорядок не приводит к существенному изменению колебательного спектра.

Проведенные исследования показали, что метод КРС может быть использован для оптимизации условий проведения имплантации и послеимплантационного отжига. При использовании КРС в качестве метода контроля были найдены оптимальные режимы введения кремния в 1пСаАБР, обеспечивающие контролируемый уровень легирования в диапазоне п от Ю17 до Ю15 см"3 при высоком уровне активации примеси.

Б третьем параграфе описано исследование методом КРС слоев 1пР, баАв и 1Пд 47^-30 ззАз р-типа, сформированных диффузией 1п из полимерной пленки. В результате этого исследования установлен ряд закономерностей, наблюдаемых при диффузии цинка в слоях 1пР, СаАз и гетероструктурах ГПц ¡д^ъ 5зАз/1п?.

На диффузионных слоях методом последовательного маскирования и прецизионного химического травления формировались ступенчатые структуры. По спектрам КРС зтих структур определялась концентрация свободных носителей и оценивалась степень структурной разупорядоченности на различной глубине диффузионного слоя.¡¡слученные профили концентрации свободных носителей сопоставлялись с профилями легирующих атомов, полученными ВИМС-методом. Из сопоставления этих данных определялась степень активации легирующей

кримеси в зависимости от условий проведения диффузии.

^■¿ЗМШЗЦЦ1! приведены основные результата и выводи диссертации:

I» Иссдэдовани спектрн КРО эпитаксиалъных слоев ХпСаЛзР в широком диапазона составов и концентраций свободных носителей. Второю наблюдались плазмон-фоножшв моди в спёктрах КРО лвгировви-иах четверних твердых растворов п-типа и в 1Но.47йа0_53лз п и р-типа.

2. Анализ формы линий спектров КРС нелегированных твердых растворов показал, что спектр активных в КРС колебательных состояний носит'ко дискретный, а непрерывный характер. Поэтому чети-рэхосцилляторной модели, обычно используемой при рассмотрении динамики решетки четверных твердых растворов, недостаточно при описании спектров КРС 1пСаАзР.

3. Для описания фотонных и плазмон-фононных мод в спектрах КРС твердых растворов Ьг^Са^АЗуР^у предложена феноменологическая модель, в которой континуальный спектр КРС-активных решеточных колебаний аппроксимируется набором гармонических осцилляторов, число и параметры которых подбираются из лучшего соответствия расчетных и измеренных спектров КРС нелегированннх образцов. При расчета спектров использовано спектральное сечение рассеяния, полученное а макроскопической теории КРС многомодовых полярных кристаллов, в которой учитывалась восприимчивость плазмы свободных носителей. На примере 1Пд 61Са0 3дА80 84Р0 16 показано, что предлоненная модель хорошо описывает как спектры КРС, faк и спектрн ДОС-отражения.

4. Предложенная модель позволила аналитически исследовать зависимость формы полос плазмон-фононных мод в спектрах КРС МаЛзР/ШР от волнового вектора рассеяния. Установлено, что существенное влияние на форму линий оказывает дисперсия плазменной частоты и затухание Ландау.

5. Разработана методика диагностики структур на основе 1пСаАэР/1п? по спектрам комбинационного рассеяния света, позволяющая получать информацию о концентрации и подвижности свободных носителей с высокой локальностью по поверхности ( ^ 50 шш) и по

О -16-

глубине ( 300-900 А).

6. Методом КРС проведены исследования имплантированных слоев 1пР и твердых растворов на его основе. Применение КРС для контроля имплантированных слоев позволило найти оптимальные режимы введения ионов кремния , обеспечивающие контролируемый уровень легирования в диапазоне концентраций от 10 до Ю19 см-^ с высокой степенью активации введенной примеси.

7. Применение разработанной методики определения концентрации дырок в 1пГ и 1п0 53Аз позволило:

- определить режимы введения цинка из полимерных пленочных диф-фузантов, обеспечивающие контролируемов воспроизводимое получение концентрации дырок от 2-Ю17 до 5-Ю13 см-3 в слоях 1пР и твердых растворах на его основе;

- установить особенности профиля распределения дырок в 1пР и 1Пд Д7Са0 53ая с различным уровнем легировния, гетероструктурах и на гегерограницах 1пСаАэР/1пР.

О.Показано, что метод КРО может быть использован для оценки скорости поверхностной рекомбинации при химической обработке подложек 1пР.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. М.В.Белоусов, А.Т.Гореленок, В.Ю.Давыдов, Р.В.Каржавкн.Я.Г. Копьев, И.А. Мокина, Н.М. Шмидт, И. Ю. Якименко. Исследование скорости поверхностной рекомбинации в злеметах интегральных схем на основе 1пР(1пСаАз) методом комбинационного рассеяния свата. Тезисы I Всесоюзной конференции по физическим основам твердотельной электроники. Ленинград,1989, том В, стр.112-113

2. М.В.Белоусов, В.А.Войтенко, А.Т.Гореленок, В.Г.Груздов, В.Ю.Давыдов, Н.М.Шмидт, И.Ю.Якименко. Определение концентрации свободных носителей методом комбинационного рассеяния света в слоях 1Пд Сад здАв0 84Рд 16 и 1П(-) 5зСад ^Аз квантоворазыар-нкх структур.Тезисы V Всесоюзной конференции по физическим процессам в полупроводниковых гетероструктурах, Калуга, 8-11 октября 1390г., т.I,с.206-207

3 .М.В.Белоусов, А.Т.Гореленок, И.Ю.Давыдов, Р.В.Каржавин, И.А. Мокина, Н.М.Шмидт, И.Ю.Якименко. Исследование влияния химической

обработки IriP на скорость поверхностной рекомбинации методом комбинационного рассеяния света. ФТП, 1990, т.24, в.12, с.2177-2180.

4. И.В.Белоусов, А.Т.Гореленок, Л.В.Каманин, И.А.Мокина.И.Ю. Якименко. Наблюдение фонон-плазмонных мод в спектрах комбинационного рассеяния свата InGaAsP/InP. Тезисы 1 Российской конференции по физике полупроводников . Нииний Новгород.,10-14 сентября 1993г.,С.203-204.

5. М.В.Белоусов, В.А.Войтенко, А.Т.Гореленок, В.Г.Гругдов, В.Ю.Давыдов. Н.М.Шмидт, И.Ю.Якименко.Влияние свободных носителей на спектры комбинационного рассеяния света квантоворазмерных. структур на основе InGaAsP/InP. Тезисы XII Всесоюзной конференции по физике полупроводников. Киев, 23-25 окт. 1990г.,часть I, С77-78

6. М.В.Белоусов, А.Т.Гореленок, В.Г.Груздов, В. К).Давидов, И.Ю.Якименко. Фонон-плазионные моды в спектрах комбинационного рассеяния света слоев InGaAsP/InP.'• Письма в ЖТФ, 1993, т. 19, вып.1, с.84-88.

7. B.Ya.Ber..L.A.Busygina, A.T.Goreienok, A.V.Kamanin, A.V. Merkylov, I.A.Mokina, N M.Shmidt, I.Yu.YaKirnenlio, T.A.Yurre. Particularities of the Zn diffusion into InGaAsP/InP from spin-on polymer films. I7tn International Conference on Defects in Semiconductors, ICDS-17, Gmunden, July,Austria, 1993, Abstracts.

PUT Hlfi^, зак. 217, тир. 100, уч. -лзд.л. I; 20/1У-1994г. Бесплатно