Длинноволновая фурье-спектроскопия эпитаксиальных слоев твердых растворов InAs1-x-y Sb x P y и Cex Si1-x тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

яч

1енинградский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехнический институт имени В.И.Ульянова (Ленина)

Васильев Валерий Анатольевич

ДЛИННОВОЛНОВАЯ ФУРЬЕ-СПЕКТРОСКОПИЯ ЭПИТАКСИАЛЬШ СЛОЕВ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ

• ^-х-у^у и Сех5Ь-х

Специальность 01.04.10 - Физика полупроводчиков

к лиэлёктэккоз

диссертации на соисканме ученой степени кендидата физико-математических н?ук

На правах рукописи

Азтореферат

Ленинград - 1990

Работа выполнена в Ленинградском ордена Ленина и ордена Окт: рьской Революции электротехнической институте имени В.И.Ульяно: (Ленина).

Научный руководитель -

кандидат физико-математических наук доцент Копылов А.А.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук профессор Уханэв О.И. кандидат физико-математических наук Соловьев И.В.

Ведущая организация - Ленинградский институт точной механики и оп' ки.

Защита диссертации состоится "А'о"*-^ - 1990 г. в/^чг на заседании специализированного совета К 063.Р6.1С Ленинградско! ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехнического > ститута имени В.Й.Ульянова (Ленина) по адресу: 197022, Ленинград,' -уЛгПрОфЛОПОЮИ>.'' '. "

С диссертацией можно ознакоаиться в библиотеке института,

Автореферат разослан г.

Ученый секретарь

социализированного совета у^Х7 С.Т.

ОБЩ' ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Одной из важнейших тенденций соьременнон полупро-цниковой электроники является широкое испольэоззкие как з микро-зктронике, так и з оптоэлектронике тонки:-: эпитаксналы'Екх слоев, деть до субмихронкых, и структур с такими, слоят. Традиционные меда измерения и контроля, например, таких параметров как концентра-I и подвижность свободных носителей заряда, толзтчз эгоиаксиг.иво-' слоя, в этом случае неприменимы !глн имеют ограниченные р.сзыожнос-. Оптические метода исследования и контроля могут быть Еесьма эф-аишм! благодаря . сочетанию таких свойств как 'есконтактность, сальность,- больная информативность спектралышх измерений. Для ре-[зация оптических методов перспективны* является использование 'нноволнсвой ИК-с.пекгроскопии как наиболее эффективного метода, {ако фурье-спектросксшя .в СССР развита слабо. Прсмшленнзстью нь.;-;кзетя один-тип приборов, ШС-1СОО, который на удовлетворяет тре-¡аяиям, предъявляемым исследованиями в области физики твердого те-

В длинноволновой ПК-области спзктра расположены частоты рег:ето-к й плазменных колебаний, а также - энергии.возбужденных состояний месей полупроводников IV группп соединений А5В и их твердых раст-юв. Эт"-открывает широкие вэзмо/гносхи для их исследования и соз-:ия методик неразрушающего контроля основных электрофизических па-етров. Подходящим! объектами таких ксстедсваний могут быть таер-растворы 1пАб1_),_у ЗЬ^Ру и Сек311_х , явллюаиеся типичными пред-вителямь з своих грушах материалов имскаме перспективы практикой использования, например, 1п/,о,,_х_^::ЬАРу, для изготовления ерор и фотоприемнигов на диапазон £...4 \с-.ч. и в то же ьрсгхя • нс-таточно изученные. 5 получроводнккогьк твердых растворах слабо чено поведение примесных -состояний. Исследование б этом направле-гвердого раствора ■ представляется интересным, так как

месные состояния в Се и являющихся компонентами этого твердо-раствора, детально изучены. '

. Такиы образом,' исследование сьойств зпнташшьньс: слоев твер-

растворов полупроводников IV группы и. соединений А3В5, а такзе работка ка этой основе методов неразрушающего контроля • парапет-полупроводниковых структур представляет собой актуальную задачу.

Диссертационная работа является составной частью наутно-иссле~

доаательских работ, выполняешь пс координационное плану АН ССС1 Проблемной лаборатории электрофизических процессов .в диэлектрика: полупроводниках и Межзузовсксы отделе микроэлсктровной техноло: ДЭТИ В.И.Ульянова Бенина).

Цель» кзсголщей работы яслялось исследование оптических с ста спятзксиапькых" слоев полупроводниковых твердых растворов мет' ыи длннно20ЛноБ'сй фурче-спектроскопии, а также исследование воз! костей разработки методик определения и неразрушащего контроля поеных электрофизических параметров эпитьксиальных структур.

Научная новизна работы заключается в следующем: ., - впервые исследованы спектры длинноволнового оптического отраге. эпитаксиальных структур ЭЪхРу/1пАг • для составов.с

наш содержанием фосфора у = 0,2...0,25. Установлено, что пов' ние твердого раствора, ,в осноаноы, согласуется с трехмодовьш » ктероы фононного спектра. В спектрах отражения п-1пАз^_х_у БЬл3 1пАз в области однофононной полосы ыодц 1п-Р обнаружена той ' структура; -

- предложена теоретическая модель для расчета спектров опткческ< отражения многослойных полупроводниковых структур'с произвола

: числом однородных или градиентных слоев;..;

- на примере структур р-1пАз,.х_у 2Ьхгу/п-1аАз показана возможно' определения по спектрам оптического отражения глубины залега]

' . р-п-лерехода;. .

впервые исследованы спектры приыесной-фотспроводимости в твер, растворе :Р. Получены данные о эависимхти энёргаи"ион:

ции однозарядного,донора фосфора от состава твердого раств1 Исследовано влияние' напряженности электрического' поля ка фо; примесной полосы.

Практическая значимость работы. . ,

■ г разработана аппаратура и методика исследования оптических свой< полулроЕоднпкоз и полупроводниковых структур пра низких темпер рах, вплоть до гелиевых, в диапазоне 10.;.650 см"';'

- программное обеспечение, реализующее разработанную методику и льэуется в ПО "Азовский оптико-механический завод" в ОКР при ' работке серийных фурье-спектрометров; V

а сотрудничестве с §В1 им.А.Ф.Иоффе АН СССР исследованы элитак ; львые структуры 1пАе+_х_у ЗЪхРу /1пАв, предназначенные для созда: :лазеров и фотоприемшжов на диапазон 2...3,8 мкм;.

гтоднка и результаты исследований примесных состояний по спекг-ш фотопроводимости в Сех£1,_л используются в Межвузовском отде-¡. микроэлектронной технологий ЯЭТИ им.В.И.Ульянова (Ленина) и Ин-гитуте электроники АН УзССР <г.Ташкент), для контроля качества штаксиальных слоев.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Поведение твердых растворов системы Шз{_х „ £ЬхРу> изопери-к к 1пАз, для составов у < 0,25, в оснрзном, соответствует трёх-' 1Вому характеру фононного спектра. Однофононные полосы, соответ-тощие моде 1п-Р в спектрах отражения 1пАб0 63 БЪа{2 ?о г5 проявля-•рккух/ структуру. Величина расщепления составляет 2,0 ±0,2 мэЗ.

2. Модель, основанная на матричном формализме, дает хорошее косвенное описание оптических спектров отражения многослойных по-;оводниковых структур как с однородным, так и с градиентными

3. Изменение энергии ионизация однозарядного донора фосфора в »дом растворе составляет 10 мэЗ при изменении состава .0,15, что существенно, в ~4 раза, превышает изменение, • ожидаг-в приблияении эффективной массы.

4. Электрическое поле приводит к относительному усилению края [есной полосы фотопроводимости в твердом растворе 0ех81,_х и не :ет на форм1; спектра н области фотсионизации.

Апробация результатов работы. Основные результаты проведенных [едованйй докладывались на Ш.Всесоюзном совещании-семинаре по ма- I

.тическому моделированию и экспериментальным исследованиям элек-:еской релаксации в этемэнтах ' микросхем (Одесса,* октябрь 1388), ¡сесоюзной конференции по физике диэлектриков (Тсмск. ноябрь <), II! Всесовзной научно-технической конференции "Методы и средст-измерения механических парзметроэ в системах контроля и угтравле-

(Пенэа, январь -1989), IX международном совещании по фотоелект-скик и оптическим явлениям в твердом теле ¡Варна, май 1989), 1 оозной'конференции-по физическим основам твердотельной -электро-

(Ленинград, сентябрь 1989), Координационном совещании социалнс-ских стран по физическим проблемам оптоэлектроники "Оптоэлектро--63" (Баку,-октябрь 1989), Всесовзной научной конференции "йото-трические явления в полупроводниках" (Ташкент, октябрь 1389), есоюэном семинаре "Полимерные и_кош1озищ?оннь'^ сёгнето-, пьезо-, материалы 'А электреты в ускорении научно-технического прогресса"-

А __ — 1 — ■

(Москва, дзкасрь 13694 на Международной конференции по с-птач&сг: определению параметров полупроводников ССо4ня, август 1590), ка Международной конференции по !.:елкпм примесям в пж/проЕодичках 1; дон, ияль-авгус; 1590;.

Публика:».::?. результатам раооты опуьликогано 15 печатных бот. _

Структура и ос'гем диссертации. Диссертация состой! из ваедев пяти глаьТ заключения, приложения ц списка цитируемой литерату состоящего из 124 наименований. Работа вкачает 18? страницы маши писноГо текста, 5о иллюстрации и 17 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во- введении обосновывается актуальность выбранной темы, ее п ктьческая ценность,' формулируются цель исследования и научные по гения, которые выносятся на защиту. ' .

Первач главе посвящена обзору по длинноволновой ИК-спектрос пии полупроводников и полупроводниковых структур.

Излагаются некоторые вопросы теории решеточные и плазменных ясбанин ¡: их влияния на оптические свойства полупроводников.

Дан подробный обзор свойсте твердых растворов 1пАз4.х_^ 5ЬХР, Собраны сведеьия по выращиванию и. использованию твеодых раствор бтои системы. При кристаллизации из жидкой фазы на подложке 1пАз, диапазоне температур 623...323К, они образуют непрерывный ряд изо: риодных твердой растворов в области составов 0<у*0.31, нелегиров, ныз слои обладают п-типом проводимости. Особенность» твердого ра> вора ^Аг^^уэ'с^Ру- является наличие градиента сосгава по - толад слоя, на что указывает большое количество райот. Содержание фоефо! к поверхности слоев'может уменьшаться практически до к/ля. ; Известные исследования зона о« структуры указывают на перепек-вность создания состаБоз, обогащенных яо сурь-ле и фосфору, дня по: шения эффективности .излучателъной рекомбинации. Основное внимаш уделено оптическим свойствам 1гхАБч_х_у5ЪлРу. Решеточные-и плазм« ные колебания исследовались мало. Спегтры отражения исследованы т лько на образцах с низкнм содержанием фоовора (у=Э, 021 и у-0,0? где наблюдалось трехмодовое поведение фононного спектра, согласуй еся с теорией. Обзоры по твердому раствору 1пА5<_х..у5ЬхРу в пищ

! отсутствуют. Приведены результаты исследования других четвер-твердьк растворов по спектрам отражения в длинноволновой КК-об-и.

Рассмотрены свойства твердых растворов 6ех31,.х . ПэЕестны дос-чно полные обзорные работы по этой системе. Собраны л№ь новые ения о твердых растворах Сб.Б!,.^ , необходимые для рассмотрения ческнх свойств этого материала. Твердые растворы могут

зовываться во всем диапазоне составов. Приведены оонош'е сведе-об особенностях зонной структуры и колебательном спектре . Анализируются литературные данные по примесным состояшь фотопроводимости.. Отмечено, что, однозарядные мелкие примесные ры по спектрам фотопроводимости ранее не исследовались. Такнс, эдятся данные о . структуре мелких примеснлк центроз в 51. Во второй главе дано описание экспериментальной установки и ме-'Л( измерений. Производимые а СССР серийные фурье-спектрометры рнспособлены для проведения низкотемпературны:-: измерений. Уста-з, отвечающая необходимым требованиям, была создана на базе фу-шектрометра Ж-ЮОО и о:нащена Ш'кро-ЭВМ типа ЛЕК-3. Рабс-щапазон волновых чисел 10...650 см"4, диеметр светового пучка ¡ере 5 мм. Установка позволяет производить измерения спектров ;ения и пропускания, а также фотопроводимости. С цель» обеспечения возможности проведения низкотемпературных 'дований. вкгючая гелиевые температуры, спектрометр оборудован таяым криостатом Р—116. Яяя уменьшения нагреЕа образца коротко-'Еым излучением ртутной лампы нз выходе камеры интерферометра, , крио.татем, установлена кассета с длинноволновыми- фильтрами, тат расположен на кршке камера кювет к имеет возможность пла-перемеиенил в необходимых предела::. й-л-ереаия можно проао-при температура"., близких к гелиевым, 'в течение 5-6 часов лсс-хода на рабочий режим. Расход еидкого гелия ка один цикл измене рревысгет 5 литров. С целью обеспечения . возможности нзме-• при температурах 4,2 К и низе был разработан специальный тат со световодам каналом.

Разработанная электронная система управления фурье-мтектронет-лагодаря автоматизации процесса настройки' измерительного кака-беспечиаает точность и надежность измерений в условиях дей-фактороз, изменяющих его параметры, ■ з том числе частотные, ла управления и обработки данных состоит из- ПЭВМ, и Электронно-

го блока управления. Электронный блок управления включает тр преобразования информационного сигнала, состоящий из усилителя кой частоты, синхронного детектора, фильтра низких частот и' ан го-цнфроЕСго пресбразователя. Креме того, имеются формирователь пульсов растр:есго сигнала, >.;мму-атор модулятора, коммутатор гателя подви;*н:го зеркала интерферометра, опорный генератор и ф вращатель. Е:е устройства снабжены цифровыми блоками управле что позволяет автоматизировать операции настройки, включая уста ку коэффициента усильная, фазы опорного сигнала и постоянной нн рирования. Коэффициент усиления может меняться от 1 до 1023 1024 градациям,- фаза опорного сигнала - от 0 до 360 градусов 128 градациям, постоянная интегрирования - от 0 до 5 с. по 8 гр циям. Для преобразования измеряемого сигнала использовался 12 рядный АЦП типа КР572ПВ1 или АЦП типа $4882. Для регистрации ф проводимости был разработан специальный малошумящий преобраз тель.

■ Базовая система программ разработана с использованием яз QUASIC-2. Программа управления экспериментом обеспечивает пол нке интерферограмм, их преобразование в спектры, организацию би отеки спектральных данных на гибких магнитных дисках, преобраз ние спектральных данных, представление спектральных данных в гр ческом виде на экране монитора и получение твердой копни на при ре, а также настройку и тестирование фурье-спектрометра.

Применение . персональной ЭВМ позволило, существенно упрост обслуживание и повысить надежность. Исследованы характеристики рье-спектроыехра. Приведены оптимальные режимы измерений.'

В третьей главе приводятся, результаты экспериментального слздования спектров длинноволнового оптического .отражения зпита альных структур InAs,.x_y SbxPy/lnAs. Исследовались: слои, полу вые жидкофазной эпитаксией е' режиме принудительного охлаждени диапазоне температур P23...S23K,, как нелегированные, ' так'и лег ванные Sn, Zn к (,(п. Толщина слоев находилась в пределах от.0,9 4 ыкм. Изучались слои изопериодные к InAs, имеющие состав х = •.".-.0,12, у = 0,2.. .0,25. Для использованных подложек n-InAs (1 р концентрацией электронов яв 3-1016 см*3', и p-InAs.üOO),. с центращей дырок р = 2-10'5 см"3, глубина проникновения оптиче го излучения превышала их толщину, составлявшую * 550 мкм. Поэт спектр искажались из-за отражения от обратной стороны подложки

лью уменьшения этого влияния разработан специальный способ уставки образцов, т.к. из-за сравнительно малой толшшы образцов ока-валось невозможным придать им форму, клина. Образцы с псмошь» спе-альной связки закреплялись на поверхности основания в форме кли-, изготовленного иэ высокоомного кремния. Способ является нераз-зшщим.

Проведены независимые измерения'. модельных параметров диспер-и показателя.преломления InSb, InAs и InP. Использовалась одноос-лляторная модель диэлектрической прокнцаом'ости, учитывающая плаэ-кные колебания.

В спектрах отражения всех .исследованных зпнтакспальных струк-р InAs^.y ,SbxPv/InAs отчетливо наблюдались полосы вблизи 165 , ■ 220 см-1, 315 см"1, соответствующие трем модам: În-Sb, In—As In-P. Обнаружено, что полоса In-F моды имеет сложную структуру, гальные исследования при 80К показали,' что наблюдается тонкая руктура этой однофожшой полосы. Величина расщепления составлл-2,0±0,2 мэВ. Причиной расщепления может быть неупорядоченность руктуры твердого раствора.

' Спектры отражения структур n-InAsasJSbÍMg Ра25-/р-1пАз и tnAstts5Sbff-^ ¿y/n-InAs существенно различались. Для структур inhsùiS Sb«,« Р0j3 /г.-InAs в длинноволновой ИК-сбласти. ниже 200 наблюдались-осцилляции, период которых не соответствовал тол-« эпнгаксиал^сго слоя твердого раствора. Замечено, что с увели-1ием концентрации легнрующеи . примеси or образца к образцу, пери-осциллящщ уменьшался. Сделано предположэние с наличии ди^фузи-юго слоя р-типа.

Теоретически ::сследовако изыекзние лслсжзкия.'минимумов з спек-IX отражения тверда: растворов * -•авасихзстп.от кокцектсашш сво-шых носителей- заряда. Назлсдалось сильнсе , плагмон-фононнсе 'азаи-;ействне в интервале плазменных частот 150...400 см-1, .вблизи, ча-¡т колебательных мод In-£b, Ih-As иЛп-Р,

.Четвертая глава посвящена' теоретического, рассмотрению методов-:чета спектров,оптического отражения полупроводниковых структур.

Стандартная модель ограничивается, рассмотрением единственного юродного эпитаксиального слоя на полубесконечной подлсжке. Та-¡ модель позволила получить 'удовлетворительное описание спектров >ажения эпитаксиальных структур InAs, Sb Р../InAs, имеющих

г irX-V * f

слой п-типа проводимости. Для структур с слоями р-типа модель ок .залась непригодной.

В .диссертации предложена новая модель расче:а .спектров отраж ния полупровсдоковых структур,' ¿снованная на матричном формализм Оптические, свойства каждого слоя задаются характеристической матр: цей. Свойства структуры • определяются произведением характериетиче' ких матриц, отдельных :доев.

Для описания градиентных слоев было выбрано гиперболическо* рас преде леки 5: пи) = ГцПа/(пд-(. пг - где п, и п2- значена

показателя преломления на границах слоя, г - текущая координата, 1 - толщина слоя. Данное .. распределение удобно тем, что при малы: (пг - п^/п оно практически линейно и позволяет записать характер! стическую матрицу слоя в.аналитическом виде:

М =

ыг

и ЛМй- 3/я я

» с

)

</г

(1)

где = тг=[я п^г/{пг-п<)]~0.*5 А^гГ/вк,

6" - волновое число. ■. Г

В частном случае однородного слоя (п^ = = п):

' Сабрп "я"5'*/®"]

Н

(2)

Коэффициент.отражения.рассчитывался по формуле

Я -

(3)

где - матричные элементы, па - показатель преломления подложки Дисперсия показателя преломления- твёрдого, раствора определи лась из многоосцилляторной-модели диэлектрической проницаемости: -.

• г

П = ^Е(сО) ~ (&со-

У ^^

(4)

где 6«, - высокочастотная диэлектрическая проницаемость - время релаксации свобода.', носителей' заряда; иЗр - плазменная частота

'частота поперечного оптического фонона; s.. - сила осциллятора;

- постоянная затухания. твердого раствора определялась лнней-t интерполяцией соответствующих значений бинарны:-: соединений., Си-осцилляторов рассчитывались по .формуле Sj';=(6gj - £OTJ-. )xj , где ' ¿¿J " высокочастотна к низкочастотная диэлектрические лрони-шости; Xj ~ мольная доля компонента (j = 1,2,3, что в рассматри-;мом случае соответствует InSb, Infts rM).

В расчетах . подгоночными являлись параметры слоя ^р, т , I и к . Теоретические спектральные зависимости коэффициента отменил подбирались до достижения наименьшего расхождения с экспери-[тальными данными. Для структур p-lnAsasj Sb^ ?д г5 /п-Шз удов-■ворительный результат'в. области 6" ? 200 аг^дает двуслойная мо-[Ь (см. puc.li. Значеаня параметра h2 - толщины второго слоя, ме->тся от -8 мкм (образец 84-5)- до 19 мкм (образец 84-8), с увеличе-:М концентрация легирующей примеси. Второй слой образуется вслед-ше диффузии Zn .в подложке n-InAs, что подтверждается данными ис-дований, проведенных в $ТН им.А.Ооффе АН СССР С" помощью РЭМ по ■оду индуцированного тока. Однако,' ниже 200 наблюдается замет-расхождение теории и эксперимента. Учет градиентов по концентра-свободкых носителей'заряда позволил описать.спектры отражения уктур p-lnAs^.y-SbjPy /п-InAs - с расхождением не превышающим 2 %. рис.2 представлены'результаты сравнения трех моделей расчета: а -хслойная модель с градиентом.концентрации свободных носителей за-а; б и в - двухслойная и однослойная модели, с однородными слоями.

Разработанная теоретическая модель представляет общий интерес римёнима для широкого класса, полупроводниковых. структур на .осно-твердых.растворов A^BS Я.других; соединений. Метод определения пз-егро'в. полупроводников и;.полупрпводнш:оБых структур, основанный данной модели, позволяет бесконтактным путем определять такие ва-е' электрофизические характеристики, как концентрация и подвижно-оьободн,к носителей Заряда: п , /4. Кроме того, воэмож-определекие толщин и -состаьа ^лоев.. В работе сделана оценка, чув-«тельнссги метода для различных параметров.

Относительная погрешность определения параметров эпитаксиально-:;лоя твердого раствора InAs f-x-y составляет: н>р - 3%; т-/ ; h - 15%, у - 5%.' Диапазон определения концентраций для твёрдо-оаствора InAs 4-х-у Sb.Py :

п ., - 3,1-10?5 см"3; п «■ 3,2-10 • см?; . тп . . ' max .

измерения фотопроводимости. Контакты к слоям делались по. лазернс технологии, в качестве нав-ески использовалась сурьма. Измерения в лись при температуре -ЮК. .

Типичный вид полученных спектров примесной фотопроводимос! представлен на рис.3. ■. При увеличении концентрации -Се, образ1, (Г211/5 и Г213/5), порог, примесной полосы уширяется за счет возни новения неупорядоченности кристаллической решетки. При изменении : става .С№0,15 изменение энергии ионизации однозарядного, донора фс фора в твердом растворе СекБц_х составляетмэВ. Это существе но, примерно в 4-раза, превышает изменение, ожидаемое в приближён« эффективной массы. При большем содержании Се, х = 0,38...О,39, фс ма примесной полосы существенно изменяется: имеет место сдвиг пор га примесной полосы, примерно ?а • 10 мэВ вверх по энергии. Кроме т го, в этих образцах наблюдается тонкая структура вблизи.края полос а такае мшдаум вблизи 64 мэВ. ..

Наличие фосфора в образцах подтверждается исследованием зпита сиальньк слоев чистого кремния, выращенного в тех же условиях,, чт и слои твердого раствора. В частности, пик 39,2 мэВ.вблизи края пр месной полосы, обусловленный фототермической.проводимостью .с участ ем перехода 1Б()—> 2Р+ на фосфорном доноре в кремнии. Анализ спе тров, полученных при различны:-: напряженностях электрического пол позволил также выявить более высоколежащйе возбужденные уровни 2Р. ЗР„, 4Р0. На коротковолновом спаде полосы, фотопроводимости наблюд лись минимумы, связанные с рассеянием электронов фононамн.-

Для эпитаксиальных сдоев , учитывая двухмедовын -,'хара

тер фононного спектра твердого раствора, можно предположить, чт для исследованного диапазона составов могут проявляться БЬдодобны фононы Ю(Г), вблизи Т (йП « 64 мзВ), 10 вблизи X 49,5 мэ,

и ЬА вблизи Х- (47 мэВХ. Соответственно, минимумы, наблюдают ся вблизи 64 мэВ (образцы Г217/5 и Г219/5), .можно отнести к ,Ю(Г рассеянию в состояние 13(А<).

Исследовано.влияние напряженности электрического поля на при* сную фотопроводимость твердого раствора Се^Б!^ . С ростом наиряже] ности электрического, поля , наблюдается'абсолютный .рост сигнала, .а т< кзе относительное увеличение в области длинноволнового края приме> ной полосы. §орма спектра нечувствительна к электрическому пс-лй.; Области фотоионизации. и чувствительна в; области края примесной пол! Ь. ■ '' ■ "

А

2.0 .

10 ¿¡гМ , ТО

го

\ д Т0===т1ПР Пг

1.5

1.0

0.3.

0.0

т^зоок

расчёт Эксперипенп

500 ЬОО

Волновое число, 1 /см .'■'-•;■ 'Рис.' 1'. Сцектры отражения эпитаксиальных структур

7,5-10'" см"3.

'^¡гГ 7'2'10" см"' ^ Ртад Концентрации ,свободны;-: носителей заряда определялись из извес-

•ного выражения для плазменной частоты. В полупроводниках р-типа, -читывались вклады, в диэлектрическую проницаемость подзон легких й ■яжелых дырок, а также переходов между этими подзонами через эффективную массу .

Волновое число, 1/см-

Рис. 2. Сравнение расчетых моделей на примере структуры р-1пАз0 £,5Ьй_)(г Рлгз :2п/п-1пАз.

(/в иг ,, г/г з/Л

1. я Ш-^Жк 1 (мь-тгНть ~те )

В пятой главе, представлены результаты экспериментальных исследований нримеской фотопроводимости зактаксиальшх слоев Се;,81(_х, выращенных на подложках р-5х, методом газофазной эпитаксик. Слои легировались фосфором и имели п-тил проводимости. ^ Концентрация электронов в слоях составляла п=5И043...5см3, р'- 5...10 Ом-сы. Состав варьировался в пределах х от 0 до 0,33. Описана методика-

. Рис. 3. Спектры фотопроводимости эпитэкснальных слоев

. - • • ■ • :Р.

В нрилсжемш приведены электрические принципиальные схемы уси-теля низкой частоты,'фильтра низкой частоты и ' аналого-цифрового еобразователя, а также тексты программ управления экспериментом моделирования спектров отражения полупроводниковых структур.

Основные результаты и выводы:

1. Создана автоматизированная .установка.на базе фуръе-спектро-тра МС-1000 для исследования оптических, свойств полупроводников полупроводниковых структур в.длинноволновой кК-области спектра в

диапазоне-температур 6—ЗООК. Разработан пакет программ, обеспечивающих управление -спектрометром и организацию библиотеки спектральных данных.

2. 3 диапазоне 20...650 см" систематически исследованы спектры отражения эпитаксиальных структур на базе тверда-: растворов системы In-As-Sb-P как n-, так и р-типа проводимости. Впервые исследованы составы с. больиим содержанием фосфора.

3.' Показано, что спектры отражения исследованных структур, в ■основном, согласуются с трехмодовым поведением фононного спектра In-As-Sb-P.- Впервые наблюдалась тонкая структура однофононных полос расцепление составляет 2,0£0,2 мзВ. '

4. Предложена теоретическая .модель для расчета спектров отражения многослойных полупроводниковых структур с однородными и градиентными слоями, основанная на матричном формализме. Разработаны эффективные алгоритмы для персональных ЭВМ.

5. На . базе предложенной теоретической модели разработаны основы методики неразррающего контроля параметров эпитаксиальных полупроводниковых структур, таких как концентрация и подвижность свободных носителей'заряда, толщины слоев,-состав твердого раствора.-Сделана оценка погрешности определения -параметров. / ■'

6. Впервые исследована фотопроводимость с участием мелких однозарядных примесей в твердом растворе Ge^Si^'. .

Основные материалы диссертации опубликованы: .

1. Спектры.Ж отражения и комбинационного рассеяния света сзе рхпроводящих соединений в системе Bi-Sr-Ca-Cu-O. /О.В.Косогов, М.В Белоусов, В.А.Васильев, В.О.Давыдов, Ким Гван Де, А.А.Копылов, . В.Л Петриков, В.В.Третьяков//Пясьма в Ш.-1938.-Т.48, N 9.-С.488-490.

■2. Васильев Б.А., Горохов A.B., -Закржевский В.й. Оптическая спектроскопия фторсодервдих полимеров/Лез.докл. VI Всесовзн.конф по физике диэлектриков. 23-25 нояб. 1988 г.-Томск, 1938.-С.116.

3. Васильев В.А., Копылов A.A., Холоднлов А.Н.' Применение фу-рье-спектроскоиии для диагностики полупроводниковых материалов // Тез. докл. Ш Всесоюзн.научн.-техн. конф. "Метода и средства, измере ния механическихчпараметров - в системах контроля н управления", 2527 янв. 1989-г.-Пенза, 1989.-С.101-103. .

4. A.c. 1571464 СССР, МКИ G01N 1/28. Способ' установки образцов ¿ля исследования спектральных характеристик в условиях криогенных

•гмператур./ В.А.Васильев, П.Е.Дышловенко, А.А.Копылов, А.А.Шакмаев СССР).- N 4433822/31-25; Заявлено 31.05.88.; Опубл. 15.06.90, Еюл. ! 22.-3 е.: ил. ;

5. Оптическое отражение и определение характеристик эпитакси-1льных структур ImSjSbyPj.x-y /InÄs методами длинноволновой фурье-шектроскопии / А.Н.Баранов, З.А.Васильев А.А.Копылов, В.В.Шерстив// IX Международн. совещ. по фотоэлектрическим и оптическим явле-;иям в твердом теле: резюме докл., Варна, 8-13 мая 1989 г. -Варна, 983.-С. 162. .'■'■".■-."';,

8. Спектроскопия оптического отражения эпитаксиальных струк-•ур InAsxSbyP4_х_у/1пАз /А.Н.Баранов, В.А.Васильев, А.А.Копылов, !,В.Шерстнев//Тез.докл. 1 Всесоюзн.конф. по физическим основам твер-ютельной электроники, Ленинград, 25-29 сент. 1989 .г.-Л., 1989.-X.А. С.164-165.

7. Физическая модель и определение характеристик гетерострук-ур InAsJtSbyP<_x_y/IiiAs оптическими методами/А.Н.Баранов, В.А.Васи-ьев, А.А.Копылов, В.В.Шерстнев /Яруды координационного совещ. со-лалистических стран по физическим проблемам оптоэлектроники "Опто-лектроника-89", Баку, 16-20 окт. 1989 г.-Баку, 1989.-С.121.

'8. Длинноволновая примесная 'фотопроводимость эпитаксиальных леев твёрдого раствора SixGe4_x /В.А.Васильев, П.Е.Дышловенко, .А.Копылое, К.Л.йотович/Яез.дскл, Всесоюзн.научн.конф. "$отоэлек-рические явления в полупроводниках", Ташкент, 24-26 окт. 1989 г. Ташкент, 1989.-0.151.

- 9. Оптические и рентгеновские исследования. ориентированных ленок ЛВД$ /В.А.Васильев, A.B.Горохов, Н.И.Долотов, . В.И.Закржев-кий./Лез.докл. И Бсесокш,сем. "Полимерные и композиционные сег-ето-, пьезо-, пироматериалы и злзктреты в ускорении научно-техни-еского прогресса", дек. 1989 г.-Черкассы, 1989.-С.33-34. '■•-•. ■ 10. Длинноволновая фурье-спектроскопия примесных состояний в осфиде-таллия /Б.А.Васильев, П.Ь'.Дышовенко, ■ А.А.Копылов, АЖШак-аев//Изв.ЛЭТИ: Сб.Науч.тр,7 Ленингр.электротехн.ин-т та.В.И.Ульяно-. 'Ленина).-Л., 1939.-Выа.414.-С.21-24.

11. Ж Reflection frota ■ seaicoiiduetor muitl-layered structures Ith the composition gradient layers / A.N.Baranov, A.A.Kopylov, .V.Sherstnev, V.A.Va3lijev// lulernatioiial conference on optical

characterization of semiconductors, Sofia, aug. 2-4, 1990. ■ Abstr cts.-Sofia, 1990.-P.9,

12. Примесная фотопроводимость элитаксиальных слоев GesSi4_K легированных фосфором /В.А.Васильев, П.Е.Дышлсвенко, . А.А.Кспыло К.Л.Лютович//ФТП.-1990,-N 9.-С.1875-1677.

13. Автоматизированный фурье-спектрометр для ниэкотемперату ных оптических измерений в области 10-650 см"VB.А.Васильев, П.Е.Д шловенко, А.А.Копылов, А.Н.ХододалоВ//ГО.-1990.-N 5.-С.174-177.

14. Васильев В.А. Примесная фотопроводимость в твердом раотв ре терманий-кремний//Изв.ЛЭТИ: Сб.науч.тр./Ленингр.электротехн.ин-иы. В.И.Ульянова (Ленина).-Л., 19Э0.-Вып.420.-С.33-37.

• 15. Impurity photoconductivity in Ge^Si^^ epitaxial layers d ped With phosphorus /Р-.E.Dyshlovetiko, A.A.Kopylov, K.L.Lutovic V.A.VasilJev//Fourth International Conference on Shallow Iapuritie in Semiconductor. King's College, London, UK, 31 July to 2 Augus 1990. Abstracts.-London, 1990.-P.i7.

Подл, к печ. 10.10.90. Формат 60 84 1/16 Офсетная печать. Печ.л. 1,0; уч.-изд.л. 1,0. Тираа 100 экз. Зак N335. Бесплатно'.

Ротапринт ЛЭТИ 197022, Ленинград, ул. Проф. Попова, 5