Идентификация компонент спектров фотоотражения полупроводников группы А3В5 и полупроводниковых структур на их основе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

РГБ ОЛ

ГАНЖА Антон Владимирович

8 кнг 'Шй

Идентификация компонент спектров фотоотражения полупроводников группы А3В3 и полупроводниковых структур на их основе

Специальность: 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Воронеж - 2000

Работа выполнена на государственного университета.

кафедре физики твердого тела Воронежского

НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ:

доктор физико-математических иаук, профессор Э.П. ДОМАШЕВСКАЯ кандидат физико-математических наук, Р.В. КУЗЬМЕНКО

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор физико-математических наук, профессор С.Н. ДРОЖДИН кандидат физико-математических наук, Н.Н.ПРИБЫЛОВ

ВЕДУЩАЯ ОРГАННЗАЦНЯ:

Санкт-Петербургский физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе

Защита состоится 6 апреля 2000 года в 17 часов на заседании диссертационного совета Д 063.48.06 при Воронежском государственном университете по адресу: 394693, г. Воронеж, Университетская пл., 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «3 марта 2000 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат физико-математических наук,

доцент /■/( В.К.Маршаков

А

л"*

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования Фотоотражение (ФО) - бесконтактный, нерззрушающий метод модуляционной спектроскопии, предназначений для диагностики объемных, поверхностных и граничнораздельных свойств полупроводниковых материалов и полупроводниковых структур. Преимуществами фотоотражательного метода являются простота применения и исключительно высокое спектральное разрешение в широкой области температур. Посредством количественного анализа спектральных структур фотоотражения, измеренных в области фундаментального перехода, могут быть установлены такие важные параметры зонной структуры как энергия запрещенной зоны, экситонные энергии, эффективные массы носителей заряда. Математико-теоретический анализ формы спектров позволяет определить электрические свойства поверхности и границ раздела исследуемого полупроводника или полупроводниковой системы: напряженность электрического поля на поверхности и границах раздела, изгиб запрещенной зоны, ее профиль, полоурние уровня Ферми на границах раздела. Точная интерпретация спектров ФО позволяет, кроме того, сделать чрезвычайно важные выводы о качестве материала, наличии скрытых границ раздела и о точном их расположении.

Метод фотоотражения был развит в середине 60-х годов как модификация электроотражательной спектроскопии (ЭО). Основой для теоретического описания спектров ФО является созданная Аспнессом (Aspnes) и Кардоной (Cardona) теория электроотражения. Значительное теоретическое и аппаратное развитие метода ФО произошло в течении последних 10-ти лет, превратив метод фотоотражения в один из наиболее мощных и эффективных методов исследования поверхностных и граничнораздельных свойств полупроводниковых материалов и полупроводниковых структур.

Несмотря на вышеозначенные успехи, как в теоретическом описаниии спектров ФО, так и в экспериментальной методологии существует большое число неразрешенных вопросов и важных проблем. Среди прочего было установлено, что даже при исследовании простых полупроводниковых структур в противоречии к теории Аспнеса спектры ФО могут иметь сложную природу и состоять из нескольких, как правило, наложенных друг на друга структур. За возникновение некоторых структур ФО ответственны

фотоиндуцированные эффекты неэлектромодуляционной природы. Фотоотражательные спектры сложных п/п структур состоят обычно из вкладов ФО из различных областей (слоев). В связи с этим детальный высокоточный количественный анализ экспериментальных спектров ФО требует рассмотрения всех спектральных составляющих и поэтому может быть осуществлен лишь путем пошагового разложения спектра на базовые компоненты. Таким образом проблема выделения различных спектральных вкладов ФО и идентификация областей их происхождения является решающей в фотоотражательных исследованиях.

В течении последних 10 лет был развит целый ряд измерительных методов для разделения и идентификации спектральных составляющих ФО. В основе всех этих методик лежит использование различия ожидаемых реакций различных спектральных составляющих на изменение внешних условий измерений.

Нелыо работы является определение природы компонент спектров ФО в области фундаментального перехода полупроводников и п/п структур группы А"1 В5 на основе разработанных в рамках метода фотоотражения методик фазочувствнтельного анализа и изменения параметров лазерного возбуждения.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1) разработка методики фазочувствнтельного анализа и измерения спектров фотоотражения при изменении параметров лазерного возбуждения;

2) модернизация и компьютеризация экспериментальной установки для измерения спектров фотоотражения;

3) идентификация спектральных компонент различной природы;

4) определение характера модуляции электрических полей при лазерном возбуждении.

В качестве объектов исследования были выбраны различные образцы на основе полупроводниковых соединений группы А3В5, широко используемых в современной микро- и оптоэлектронике: ваАз и 1пР; образцы БеЛлаМ, Оа^еу'СаЛБ (халъкоген/полупроводник), М/СаА$, ГпЛЗаАз/ОаАз (металл/полупроводник); гомоэпитаксиальные образцы п-ОаАз/гГ-СаАз, 1пР/1пР, Аи/813М4/'ОаАз/ОаА5; гетероэпитаксиальные образцы п-СаАв/Б! и п-ЫР/Бц квантовая структура ОаАБ/АЮаАБЛпОаАзР. Образцы

были получены из разных . источников, и для их изготовления

использовались различные методы.

Научная новизна представленых в работе результатов заключается в

следующем:

1. Экспериментальная проверка обобщенной многослоевой модели (ОМСМ"> как наиболее адекватной модели описания электромодуляционных компонент спектров фотоотражения.

2. Доказано участие экситонных эффектов в формировании оптических модуляционных спектров при комнатной температуре.

3. Подтверждена физическая модель, описывающая воз1гакновение электромодуляционных компонент от скрытых в глубине образца границ раздела.

4. Впервые при помощи фазочувствительного анализа была изучена динамика модуляции электрических полей на границах раздела, основывающаяся на взаимодействии поверхностных и граничнораздельных состояний с обоими типами носителей заряда.

Практическая значимость работы:

Разработаны неразрушагощие методы эффективной диагностики полупроводниковых структур на базе фотоотражательной спектроскопии.

Создана методика фазочувствительного анализа и измерения спектров фотоотражения при изменении параметров лазерного возбуждения, являющаяся одним из наиболее эффективных методов разделения и идентификации спектральных составляющих многокомпонентных спектров.

- Эффективная методика разделения и идентификации спектральных компонент фотоотражательных спектров поверхности и границ раздела типовых полупроводниковых структур позволяет проводить экспериментальную проверку физических моделей процессов, протекающих при фотомодуляции, и на базе теоретико-математического анализа определить фундаментальные характеристики для поверхности и границ раздела.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Вариация параметров лазерного возбуждения и фазочувствительный анализ спектров фотоотражения составляют базу для создания эффективной методики разделения и идентификации компонент спектров ФО.

2. Теоретико-математический анализ идентифицированных компонент спектров фотоотражения позволяет определить ряд важнейших параметров, характеризующих поверхности и границы раздела: энергию запрещенной зоны, зкеитонные энергии, эффективные массы носителей заряда, напряженность электрического поля на поверхности и границах раздела, изгиб запрещенной зоны, ее профиль, положение уровня Ферми на границах раздела и т.д

3. Определение характеристических временных постоянных различных спектральных компонент позволяет сделать вывод о замедленном характере модуляции электрического поля на поверхности и границах раздела.

4. Поверхности и границы раздела обнаруживают различную динамику модуляции электрического поля. При этом характеристические временные постоянные процессов, протекающих на внутренних границах раздела, значительно превосходят аналогичные постоянные процессов в приповерхностном слое.

5. Доказано, что граничнораздельные спектральные компоненты фотоотражения формируются в рамках электромодуляционного механизма.

Апробация результатом ррботи»

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на

на международных симпозиумах и конференциях "US-European Workshop 'Optical Characterization of Electronic Materials" (Halle, 5-7 October), Ежегодных международных конференциях "Fruehjahrstg. des Arbeitskr. Fesikoerperphys. bei der Dt. Phys. Gesell., AG"Halbleiterphysik"(Berlin 1995, Regensburg 1996), Международной конференциии "Highlights of light spectroscopy on semiconductors 'HOLSOS 95'"(September 1995, Rom), Международной конференции "Materials Research Society Fall Meeting" ( Boston, 1995), Международной конференции "Conference on Defect Recognition and Image Processing in Semiconductors" (Aspen Lodge, Estes Park, Colorado, December 3-6, 1995), Всероссийской

межвузовской научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика-98"(МИЭТ, Зеленоград, 1998), XVI научной школе-семинаре "Рентгеновские и электронные спекггры и химическая связь" (Ижевск, 1998), Всероссийской межвузовская научно-техническая конференция

"Микроэлектроника и ннформатика-99" (МИЭТ, Зеленоград, 1999), Ежегодной сессии физического факультета ВГУ, секция физики твердого тела, полупроводников и микроэлектроники (Воронеж, 1999)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, из них 9 статей и 11 тезисов докладов на конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 137 наименований. Работа изложена на 121 страницах машинописного текста. Работа содержит 47 рисунков и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертации обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы, ее научная новизна, практическая значимость полученных результатов и научные положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит в основном обзорный характер.

В ней на основе литературных данных были рассмотрены наиболее важные теоретические основы метода электроотражения/фотоотражения, в том числе элементы теории оптической генерации носителей. Обсуждена глубина информационного слоя метода.

В данной главе представлена обобщенная многослоевая модель (ОМСМ1 описывающая форму электромодуляционной компоненты, обусловленную прямыми оптическими переходами в центре зоны Бриллюэна (электромодуляционный СП спектр Е0), и сделано предположение о ее наибольшей адекватности реальным условиям как модели описания электромодуляцнонкых компонент спектров фотоотражения.

Рассмотрены механизмы возникновения различных спектральных компонент ФО, а также и возможные области их появления. В результате этих теоретических исследований поставлена методологическая проблематика и даны основы для стратегии выбора измерительных фотсотражательных методик для экспериментальных исследований.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальной установки для измерения спектров фотоотражения при комнатной температуре. В ней приведена функциональная схема и основные технические параметры модернизированной и компьютеризированной установки: исследуемая

энергетическая область 1эВ-ЗэВ с разрешением до 0.1 мэВ, плотность лазерного возбуждения НеЫе (632.8 нм) и НеС<1 лазера (442.5 нм) изменяется в пределах от 1мкВт/см"2 до 1000Вт/см'2, частота модуляции при измерениях может непрерывно изменяться в области (=1Нг-10000Гц. Кроме того, представлена принципиальная схема двухканального фазочувствительного усилителя (ФЧУ), кратко описаны его особенности и показано, что обработка сигнала в ФЧУ может быть описана как измерение амплитуды первой компоненты Фурье входного сигнала при частоте, определяемой референтным сигналом, и фазе 6геГ, установленной на ФЧУ. В третьей главе на основании рассмотрения природы различных компонент фотоотражения, проведенного в первой главе, делается заключение, что изменение условий приготовления и измерения образцов должны вести к различной реакции спектральных вкладов. На базе данного заключения -создается экспериментальная методика для идентификации и выделения спектральной формы отдельных компонент. Разработанная методика измерения спектров фотоотражения при изменении параметров лазерного возбуждения позволяет провести идентификацию различных спектральных структур в рамках метода фотоотражения. В главе проводится рассмотрение основных методик измерения спектров фотоотражения при изменении параметров лазерного возбуждения.

В пункте 3.1 представлена разработанная методика фазовочувствительного анализа спектров фотоогражения. Она основана на том, что сигнал фотоотражения обладает временной зависимостью ЩО. При использовании двухканального фазочувствительного усилителя, разлагающего входящий сигнал на сигнал, находящийся в фазе с модуляцией, и вторую мнимую составляющую, смещенную относительно него на 90°, спектр

Рис. 1 Фазовое положение сигнала ФО (показано жирной стрелкой) по отношению к модулирующему свету. Показана измеряемая на ФЧУ фаза сигнала в отсутствии (система координат х,у) и при наличии (система координат х'.У) фазовой предустановки 0. Истинное значение утла фазовой задержки 6 определяется для 9=0°.

фотоотражения при учете временной зависимости сигнала отражения R(t), описывается следующим образом ДR,

R

■{E,F.т,со) =

â^Ef,) —?—

R я(1+ш2т2)

(1 - /сот) ,

(1)

1

J-

где Е - энергия фотонов, Fs - напряженность электрического поля, a со =2rcf -частота модуляции. Из временной зависимости R(t) следует фазовая задержка 5 сигнала ФО по отношению к фазе модулирующего света.

Фазочувствительный усилитель (ФЧУ) определяет амплитуду первой компоненты Фурье входного сигнала при опорной частоте и предустановке фазы 0. С помощью двухканального ФЧУ определяются или компоненты сигнала в фазе к опорной частоте (X) и сдвинутая на 90° компонента (Y), или амплитуда г(Е) и фаза 5(Е) модулированного переменного сигнала по отношению к модулирующему сигналу (Рис. 1).

Фаза сигнала о определяется на рис. 1 как угол между фазой рассеянного модулирующего света и сигналом ФО. Отрицательное значение угла 5 означает, что между модуляцией и ответом существует временная задержка. На рисунке изображена также фазовая Р„с 2. Фазовые диаграммы спектров предустановка 9. ФО. Показано влияние состава сигнала

На рис. ? п п и я е п р. и о ФО на вид фазовой диаграммы.

параметрическое выходного

у (О

приведено представленне сигнала двухканального ФЧУ Y(E) от Х(Е)

для

двухкомпонентного спектра. Основызаясь на разработанном пакете программ для моделирования компонент спектров ФО были проведены расчеты двух типичных спектральных форм ФО. Рассмотрим компоненту (см. правую верхнюю часть рис. 2, компонента 1), типичную для ФО в низкополевом случае или в случае экситонных переходов. Фаза этого спектра запаздывает по отношению к лазерной модуляции на угол 5,. Для одной из точек этого спектра в левой верхней части рис. 2 дано векторное представлеш!е сигнала ФО. Множество всех точек спектра Х(Е=Ьу), У(Е=Ьу) должно представлять нз себя таким образом прямую, составляющую с осью

X (последняя по определению совпадает с фазой модуляционного лазерного света) угол 5,. Полностью аналогичный результат ожидается для всех спектров ФО, состоящих только из одной спектральной компоненты, временная зависимость которой определяется единственной временной постоянной. Кроме того из фазового положения спектра ФО и частоты модуляции можно определить характеристическую времешгую постоянную процесса модуляции т.

Для демонстрации поведения многокомпонентных спектров была промоделирована вторая СП спектральная компонента Е0 (в правом верхнем углу на рис. 2, компонента 2), характерной чертой которой являются т.н. осцилляции Франца-Келдыша (ФКО). Угол фазового запаздывания этой компоненты по отношению к лазерной модуляции составляет 82.

Каждая точка двухкомпонентного спектра, представляющего из себя суперпозицию компонент 1 и 2, определяется векторной суммой обоих спектральных вкладов (см. левую верхнюю часть рис. 2). Величина суммарного вектора и его фазовое положение зависят от спектральной формы, относительной амплитуды и временного запаздывания отдельных составляющих. Таким образом, для каждой из точек суперпозиционного спектра ожидаются векторы с различными фазами сигнала 6(Е). Для фазовой диаграммы результирующего спектра будет получено представленное в левой нижней части рисунка параметрическое представление компонент Х(Е) и У(Е) (спектральный вид этих компонент для выходов X и У, являющихся суперпозицией спектров из правой верхней части рис. 2, представлен в правой нижней четверти того-же рисунка) с энергией фотонов в качестве параметра.

В случае, когда спектр состоит из п-го числа компонент ФО формула (2), описывающая форму спектра, приобретает следующий вид

дл " ЛЯ, т

- £ -^(ВД -- (1 - »«от,) . (2)

н J^\ К л(1 + м2т/)

Каждой из компонент ФО будет соответствовать собственное запаздывание фазы 5( и собственная временная постоянная т^ которые, однако, могут быть установлены только после проведения полной процедуры симуляционного моделирования формы спектра как для X, так и для У каналов ФЧУ. Корректность подгонки будет устанавливаться в данном случае посредством сравнении фазовых диаграмм экспериментального и

DEPTH FROM SURFACE (nm)

модельного спектров.

В пункте также проведено краткое рассмотреть физических причин

возникновения временной зависимости

ДИ(0 и вытекающего из нее

запаздывания фаз различных

спектральных компонент ФО. Делается

вывод, что в случае достаточно больших

различий между характеристическими

временными постоянными спектральных

составляющих многокомпонентных

спектров возможно экспериментальное

выделение компонент в чистом виде, что

сильно облегчает процесс полного

теоретико-математического описания Рис. 3. Зависимость интенсивности ла-

спектров ФО. Кроме того в данном верного света с различными длинами

волн от глубины.

пункте проводится рассмотрение

влияния частоты модуляции на поведение различных спектральных компонент фотоотражения.

В пункте 3.2 рассматривается влияние длины волны модулирующего лазера на спектры фотоотраження. Показано, что использование коротковолнового лазера ведет к ослаблению структур, возникающих в объеме или на скрытых границах раздела, и к усилению структур, возникающих на поверхности или в приповерхностной области. Отмечается однако, что при таких измерениях необходимо учитывать, что изменение длины волны лазера может привести к модифицикации электрического поля.

В пункте 3.3 рассмотрено изменение плотности лазерного возбуждения (ПЛВ) как метода для идентификации природы различных спектральных компонент ФО. Метод основан на изменении количества генерируемых носителей заряда при изменении плотности лазерного возбуждения. Путем теоретического рассмотрения устанавливается, что поведение электромодуляционных компонент Е0 при изменении плотности лазерного возбуждения описывается логарифмической зависимостью

- 1п (у/ +1) (3)

К

где I - интенсивность лазерного освещения, а у - эмпирическая константа.

Для друпгх компонент их поведение зависит от влияния концентрации

генерированных неосновных носителей заряда на процессы, вызывающие возникновение данной модуляционной компоненты. В данном пункте делается предположение, что поведение примесных и экситонных компонент Ф О при изменении ПЛВ должны отличаться от поведения злектромодуляционной компоненты Е0.

В пункте 3.4 рассматривается послойное травление, направленное на установление областей происхождения компонент ФО, и основывающееся на изменение глубины встроенной границы раздела. Это приводит к изменению соотношения относительных амплитуд и изменению оптической разности хода. Был рассмотрен метод выделения спектральной формы сигнала ФО, возникающего в структурированных образцах в области границы раздела и спектрально наложенного на поверхностный сигнал. Выделение спектральной формы сигнала от границы раздела в этом методе основывается, однако, на предположении о том, что форма поверхностного сигнала не меняется при послойном стравливании верхнего слоя.

В четвертой главе представлено экспериментальное применение разработанной методики фазочувствительного анализа и измерения спектров фотоотражения при изменении параметров лазерного возбуждения для идентификации спектральных компонент различной природы. Параллельно проверяются эффективность обобщенной многослоевой модели как модели описания электромодуляционных компонент Е0 спектров фотоотражения, а также разработанные физические модели, описывающие возникновение различных компонент ФО.

Исследования проводились на широком спектре типовых полупроводниковых структур, использующихся в современной микро- и оптоэлектронике.

В пушсте 4.1 исследования проводятся на наиболее простых образцах, в частности, исследуется естественно окисленая подложка (100) п-СаЛБ (п=1014см'3). Выбор данного объекта исследований был сделан на основе предположения об однокомпонентностн спектра фотоотражения.

Исследования (см. рис. 4) показали, что на данном образце регистрируется ФО спектр с характерными осцилляциями Франца-Келдыша (ОФК) - так называемый среднеполевой элеюромодуляционный спектр Е0. Полученные в результате использования методики фазочувствительного анализа спектры ФО для каналов X и У обладали одинаковой формой.

Л

\/ f -

Л V(E>

а)

Photon energy E. eV

Проведенные в рамках обобщенной многослоевой модели расчеты дали одинаковые модельные параметры: Е0=1.412эВ, Р=3.44><10бВ/м, Г=12мэВ. Чрезвычайно хорошее воспроизведение формы спектров в результате расчетов (см рис. 4а., штрихованная линия) позволило сделать вывод о высокой адекватности ОМСМ. Из рис. 46 также видно, что фазовая линия в пределах экспериментальной ошибки представляет собой прямую линию с постоянным фазовым углом, что однозначно подтверждает однокомпонентность спектра. Проведенные исследования с изменением параметров лазерного возбуждения и вычисление характеристической временной постоянной спектра (г-59.5 мкс) с целью изучения динамики перезарядки поверхностных состояний подтвердили идентификацию спектра как поверхностной электромодуляционной компоненты Е0.

В пункте 4.2 описаны результаты

ФО исследований более сложных

полупроводниковых структур

халькоген/полупроводник,

металл/полупроводник (в частности „ ,

Рис 4. ФО исследования естественно

Са^/СаАз, БЬ/ваАз, Тп/СоАб ит.п.), Окисленой подложки (001) п-ОзАб. для которых ожидается возникновение а) спектры ФО для каталог, X и V ФЧУ; многокомпонентных спектров. К б) фазовая диаграмма, соответствующая

_ „ данным спектрам, полученным в результате ФО

измерений спектрам была успешно применена методика идентификации компонент спектров фотоотражения на основе применения фазочувствительного анализа и измерений с изменением параметров лазерного возбуждения, которая позволила провести разделение и идентификацию различных спектральных компонент в рамках метода фотоотражения. В частности, кроме электромодуляционных компонент Е„

1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

Photon energy E, eV

Рис. 5 Результаты многокомпонентного спектрального анализа компоненты Х(Е) спектра ФО.

Рис. 6. Реконструкция (сплошная линия) экспериментальной фазовой диаграммы (треугольники) на основе представленных на рис. 5 спектральных компонент.

были выделены и идентифицированы экситонные и примесные компоненты. В результате проведения многокомпонентного спектрального анализа были получены параметры спектральных составляющих. В результате исследовании было доказано, что возникновение экситонных компонент объясняется моделью свободного от экситонов приповерхностного слоя. Было также показано, что возникновение компонент ФО, приписываемых примесным состоящим, связано с перезарядкой состояний, находящихся на границе раздела.

Применению разработанного метода идентификации спектральных компонент для изучения встроенных го мозги паксиальных границ раздела посвящен пункт 4.3. В качестве иллюстрации на рис. 5 и 6 приведены результаты фазочувствительного и многокомпонентного спектрального анализа для образца п-СаАз/пМЗаАз (п=1.2-101бсм~3, п*=1.3-1017см"3) выращенного посредством молекулярно-лучевой эпитаксии. На рис. 5 для сравнения представлен изображенный штриховой линией модельный расчет экспериментального спектра, составленный из трех показанных ниже спектральных компонент. В нижней части рис.6 представлены собственные линейные фазовые диаграммы каждой из трех составляющих спектральных компонешч Правильность разложения была подтверждена в результате измерений с изменением параметров лазерного возбуждения, в которых

исследовалась также динамика перезарядки состояний на внутренней границе раздела. Проведенные исследования подтвердили разработанную модель низкоэнергетических осцилляции - спектральной компоненты ФО, имеющей вид интерференционных осцилляции, лежащих в области ниже фундаментального края поглощения и возникающих, согласно вышеупомянутой модели, в результате модуляции электрического поля на внутренней границе раздела. Был сделан также вывод о том, что регистрация и исследование компонент ФО, возникающих на внутренних границах раздела, могут быть использованы в качестве эффективных неразрушаюпшх методов диагностики полупроводниковых структур, в частности для контроля качества внутренней границы раздела, а также толщины и однородности слоев.

На основании полугенных из много-компонентного спектрального анализа данных (см. данные на рис.7) был построен профиль изгиба запрещенной зоны и напряженности электрического поля (см. там же).

В данном пункте были рассмотрены результаты эксперимента по послоевому стравливанию одной из гомоэпитаксиальных структур. В результате были подтверждены выводы, сделанные ранее в рамках ФО исследований с применением вышеупоминавшихся методик.

В пункте 4.4 разработанные методики были применены к гетеро- и квантовым структурам, которые на настоящий момент являются чрезвычайно

0.5 0.0 -0.5 -1.0

VL

МВБ - layer on n+ - substrate band bendifig and internal field ¿istribitioa

МВБ -Uyer

tutatnite В-1.Э • 10"cnH

drfCarf )-244>cua

к к

dd tieuif.) «7 кя

8E6

6E5

4E6

2E

OH)

1200 1800 2<00

3000

1 [.на]

актуальными объек- Рис.7. Профиль изгиба запрещенной зоны и там И исследований. В напряженности электрического поля я

гомоэшгтаксиальной п/гГ-ОаАх/Са.ЛБ структуре, частности, сротоот- построенные на базе результатов многокомпонентного ражательные иссле- спектрального анализа.

дования проводились на гетероэпитаксиалъных структурах п-СаАз/Б! и л-ГпР/Б! и квантовой структуре на основе невзаимодействующих квантовых ям (МС)\\0 СаАз/АЮаАзЛпОаАзР. Было показано, что эффективность разработанных методов подтверждается и для этих структур (см. рис. 8.).

В заключении сформулированы основные результаты работы и выводы.

А2:1лвкЛ*Р

0 00012 о.ооою -о оооое о сооое-о.ооосм 0.00002 -о ооооа-•0.00002 ' -о оооо^ --о оооое --0.0000« --о ооок

с^Т-г» 1

вМ,у | во ву |

Рис 8. Спектр ФО структуры СаА5/А1СаА5/1пСаА5Р с квантовыми ямами На вставке для равнения показан спектр люминесценции.

кз:рчз*л>

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ:

1. Фазочувствительный анализ многокомпонентных спектров фотоотражения и проведение измерений с изменением параметров лазерного возбуждения позволяют производить разделение и идентификацию спектральных компонент: злектромодуляциониых компонент Е0> экситошшх компонент, примесных компонент и компонент, возникающих на внутренних границах раздела.

2. Теоретико-математический анализ идентифицированных компонент спектров фотоотражения полупроводниковых структур на основе воАя и 1пР позволяет определять фундаментальные характеристики для поверхностей и границ раздела: энергию запрещенной зоны, экситонные энергии, эффективные массы носителей заряда, напряженности электрических нолей, изгиб запрещенной зоны, ее профиль, положение уровня Ферми.

3. Характеристические временные постоянные х различных спектральных компонент имеют величину, во всех случаях превосходящую 1 мкс.

4. Модуляция электрического поля на поверхности и границах раздела носит замедленный характер по сравнению с процессом генерации неравновесных носителей заряда.

5. Поверхности и границы раздела обнаруживают различную динамику модуляции электрического поля. При этом характеристические временные постоянные процессов, протекающих на внутренних границах раздела (КГ'-КГ'сек), значительно превосходят аналогичные постоянные процессов в приповерхностном слое (Ю-6—10~5сек).

6. Установлено, что граничноразделъные спектральные компоненты фотоотражения формируются в рамках электромодуляционного механизма.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. PR spectroscopy for studies of surfaces and interfaces of III-V semiconductorsAV. Kircher, J. Schreiber, S. Hildebrandt, R. Kusmenko, A. Gansha//US-European Workshop 'Optical Characterization of Electronic Materials, Halle, 5-7 October, 1994

2. Stress induced E0 photoreflectance spectra on GaAs/Si and InP/Si heterostructures/ R.Kusmenko, A. Gansha, J. Schreiber, W. Kircher, S. Hildebrandt//US-European Workshop 'Optical Characterization of Electronic Materials, Halle, 5-7 October 1994

3. Nachweis deformationsinduzierter Strukturen in PR-Spektren am InP/Si-Heteroepit&xiesystem/R. Kusmenko, J. Schreiber, W. Kircher, A. Gansha, S. Hildebrandt/ZFruehjahrstg. des Arbeitskr. Festkoerperphys. bei der Dt. Phys. Gesell., AG"Halbleiterphysik", Berlin, 1995

4. Studies on phase sensitivity of E0 PR spectra on GaAs/J. Schreiber, W. Kircher, S. Hildebrandt, A.Gansha, R. KusmenkoZ/Highlights of light spectroscopy on semiconductors 'HOLSOS 95', September, Rom, 1995

5. Quantitative photoreflectance experiments on indium phosphide surfaces and structures/S. Hildebrandt, J. Schreiber, R. Kusmenko, A. Gansha, W. Kircher, L. Hoering// 'Materials Research Society Fall Meeting', Boston, 1995, P. 85

6. Investigations on epitaxial and processed InP by optical photoreflectance spectroscopy/S. Hildebrandt, J. Schreiber, R. Kusmenko, A. Gansha, W. Kircher, L. Hoering'/ Conference on Defect Recognition and Image Processing in Semiconductors, December 3-6, Aspen Lodge, Estes Park, Colorado, 1995

7. Stress induced E0 photoreflectance spectra on GaAs/Si and InP/Si

heterostructures/R. Kusmenko, A. Gansha, J. Schreiber, W. Kircher, S. Hiidebrandt//Physica status solidi (a).- 1995 V.152(l).-P. 133-146.

8. investigations on epitaxial and processed InP by optical photoreflectance spectroscopy/S. Hildebrandt, J. Schreiber, R. Kusmenko, A. Gansha, W. Kircher, L. Hoering// Inst. Phys. Conf. Ser.-No 149,-1996-IOP Publishing Ltd.-P.165-170

9. Quantitative photoreflectance experiments on indium phosphide surfaces and stnictures/S. Hildebrandt, J. Schreiber, R. Kusmenko, A. Gansha, W. Kircher, L. Hoering//Mat. Res. Soc. Symp. Proc.-Vol. 406,- 1996.-Materials Research Society .-P. 259-264

10. Lock-in phase studies of E0 PR spectra on GaAs/J. Schreiber, W. Kircher, S. Hildebrandt, A.Gansha, R. Kusmenko//Highlights of light spectroscopy on semiconductors 'HOLSOS 95'.- 1996,- World Scientific.- P.29-32

11. Analyse der mehrkomponentigen Struktur von E0-PR-Spektren an GaAs und InP/R. Kusmenko, A. Gansha, S. Hildebrandt, J. Schreiber, W. Kircher, L. HoeringVFruehjahrstg. des Arbeitskr. Festkoerperphys. bei der Dt. Phys. Gesell., AG"Halbleiterphysik", Regensburg, 1996

12. Lock-in-Phasenanalyse der Photoreflexionsspektren an GaAs und InP/A. Gansha, R. Kusmenko, W. Kircher, J. Schreiber, S. Hildebrandt, L. Hoering,", Fraehjahrstg. des Arbeitskr. Festkoerperphys. bei der Dt. Phys. Gesell., AG"Halbleiterphysik", Regensburg, 1996

13. Идентификация многокомпонентной природы Е0-спектров фотоотражения на среднелегированных подложках GaAs/Р.Кузьменко, А.Ганжа, Й.Шрайбер, С.Хильдебрандт//ФТТ.- 1997.-Т.39.-Вып.12.-С.2123-2129

14. Фазочувствительный анализ спектров фотоотражения n-GaAs/A.B. Ганжа, В. Кирхер, Р.В. Кузьменко, Й. Шрайбер, С. Хильдебрандт/ФТП,-1998.-Т.32 -Вып.З.-С. 272-277

15. Р.В. Кузьменко, A.B. Ганжа. Фотоотражательные исследования остаточных механических напряжений в сисиемах III-V(GaAs, InP)/Si // Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция "Микроэлектроника и информатика-98", МИЭТ, Зеленоград, 1998

16. Temperature dependence of residual strain in epitaxial layer of GaAs on (001) Si by means of photoreflectance spectroscopy/R. V. Kusmenko, A.V. Gansha, E.P. Domashevskaya, J. Schreiber, S. Hildebrandt, S. Mo, E. Peiner, A. Schlachetzki//14th International Vacuum Congress, 10th international Conference on Solid Surface, 5th International Conference on Nanometer-scale Science and Technology, 10th International Conference on Quantitative Surface Analysis,

International Convention Centre, Birmingham, UK, 31August-4September, 1998, P. 99

17. P.B. Кузьменко, A.B. Ганжа, Э.П. Домашевская. Моделирование и анализ тонкой структуры в спектрах фотоотражения прямозонных полупроводников в области фундаментального перехода//доклад на XVI научной школе-семинаре "Рентгеновские и электронные спектры и химическая связь", Ижевск, 1998.С.26.

18. Деформационно-индуцированные спектры фотоотражения в области перехода Е„ на гетероструктурах GaAs/Si и InP/Si / P.B. Кузьменко, A.B. Ганжа, О.В. Бочурова, Э.П. Домашевская, Й. Шрайбер, С. Хильдебрандт, Ш.Мо, Э. Пайнер//ФТТ.-1999.-Т.41,- Вьш.4,- С.722-731

19. Р.В. Кузьменко, А.В. Ганжа. Низкоэнергетические осцилляции в Е0-спектрах фотоотражения гомоэпитаксиальных образцов n-GaAs/n"-GaAs // Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция "Микроэлектроника и информатика-99", МИЭТ, Зеленоград, 1999, С. 40.

20. Температурная зависим осп» остаточных механических напряжений в эпитаксиальных пленках GaAs/Si(100) по данным спектроскопии фотоотражения/Р.В. Кузьменко, А.В. Ганжа, О.В. Бочурова, Э.П. Домашевская, Й. Шрайбер, С. Хильдебрандт, Ш.Мо, Э. Пайнер, А. Шлахетцкий//ФТП.-2000.-Т.34.-Вып. 1 .-С.73-80

Заказ № 3. 1899 г Тир./зрэкз. Лаборатория оперативной полиграфии 6П/.