Процессы дефектообразования в кремнии и фосфиде галлия, легированных редкоземельными элементами и изовалентными примесями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

' ' " УДК 621.315.592

2 >} !лДР .

ВАБИЩЕВИЧ СЕРГЕЙ АНАНЬЕВИЧ

ПРОЦЕССЫ ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЯ В КРЕМНИИ И ФОСФИДЕ ГАЛЛИЯ, ЛЕГИРОВАННЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ И ИЗОВАЛЕНТНЫМИ ПРИМЕСЯМИ

01.04.10 — фиоика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Минск 1997

Работа выполнена на кафедре физики полупроводников Белорусского государственного университета

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Оппонирующая организация:

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник БРИНКЕВИЧ Д.И.

кандидат физико-математических наук, доцент ЛИТВИНКО А.Г.

Минский научно-исследовательский институт радиоматериалов

доктор технических наук, старший научный сотрудник ДУТОВ А.Г.

Защита состоится "11иа*^еил 1997 г. в часов на заседании Совета по защите диссертаций Д 02.01.16 в Белорусском государственном университете (220050, г. Минск, пр. Ф.Скорины 4, Бел госуниверситет, главный корпус, к. 206).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгосуниверситета Автореферат разослан _1997 г.

Ученый секретарь Совета доцент

В.Ф.Стельмах

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. В последние годы значительно воорос интерес к легированию полупроводников нетрадиционными примесями: редкооемельными элементами (РЗЭ) и иоовалентными примесями (ИВП), которые непосредственно после выращивания монокристаллов не проявляют электрической активности, однако могут существенно влиять па процессы дефектообраоования и на состояние примесно-дефектного состава кристалла в целом. Интерес к кремнию и фосфиду галлия определяется тем, что эти материалы могут быть испольоованы как для изготовления приемников, так и источников видимого и ИК-иолучения. Для создания ИК-приемпиков с максимумом чувствительности в области 1,5 мкм перспективно применение выращенного по методу Чохральского кремния, компенсированного примесями (в частности, Аи), создающими глубокие уровни в запрещенной зоне. Излучающие элементы ИК-диапазона разрабатываются на основе соединений \'"ВУ, легированных редкооемельными примесями.

Несмотря на достаточно интенсивные исследования полупроводников, содержащих редкоземельные элементы и мзовалентные примеси, ряд важных вопросов к моменту постановки данной работы оставался открытым. Так, например, было недостаточно изучено поведение основных легирующих примесей (В, Р) в БкИВП. Учитывая, что для изготовлении приемников ПК-излучения используется кремний, выращенный методом Чохральского и легированный золотом, важным представляется выяснение влияния изовалентных примесей (Се,С) на состояние и поведение примеси золота в кремнии. Особо следует отметить, что практически отсутствуют в литературе данные, касающиеся влияния лантаноидов и ИВП на механические свойства монокристаллического кремния. Научная и практическая значимость этих исследований заключается в том, что с контактным воздействием и контактной деформацией связаны многие операции в технологическом процессе изготовления полупроводниковых приборов (резание, шлифовка, термокомпрессия, локальная диффузия,

локальная эцитаксия, напайка кристаллов на корпус прибора и др.).

Отметим, что практически пе исследованы опитаксиальные слои СаР, выращенные методом жидкофаоной впитаксии ио раствора-расплава на основе 1п, а также влияние на их основные свойства редкоземельных элементов.

Требуют дальнейшего поучения вопросы вооможности управления дефектно-примесным составом полупроводников (Э], СаР), путем введения лантаноидов и ИВП. Данная проблема важна, поскольку для создания новых материалов необходимо онать в деталях фиоиче-ские процессы управления дефектно-примесным составом, в частности вопросы, свяоанные с образованием дефектов, их Миграцией и отжигом, воаимодействием друг с другом и с примесями. Такие исследования актуальны и в научном аспекте, поскольку способствуют углублению и расширению сложившихся представлений о физических свойствах реальных кристаллов.

Свяоь работы с научными программами. Исследования проводились в рамках госбюджетных научно-исследовательских работ Белорусского государственного университета по темам: "Разработка фиоических основ соодания и изучения одиночных ниокораомер-ных элементов на основе примесно-дефектных комплексов и кластеров с целью управляемой модификации локальных объемов полупроводниковых материалов" (Ы гос.рег.19963061) и "Разработать новые фиоико-технологические методы внутреннего генерирования и управления диффуоией примесей с целью улучшения эксплуатационных параметров полупроводниковых материалов и структур и повышения их термической и радиационной стойкости"^ гос.рег.19941333); Полоцкого государственного университета по программам "Физика информационных процессов" (Ы гос.рег.19941643) и "Физика фундаментальных исследований" (Н гос.рег.1994948).

Целью работы являлось установление роли редкоземельных и иоо-валентных примесей в процессах образования дефектов и их влияния на примесно-дефектный состав монокристаллического кремния и эпитаксиальных слоев фосфида галлия. Для ее осуществления требовалось решить следующие задачи:

- исследовать взаимодействие Се с технологическими и легирующими иримесями в монокристаллическом кремнии;

- выявить особенности влияния редкооемельпых элементов (Оу, Ег) па дефектно-примесный состав кислородсодержащего кремния;

- устаповить роль лантаноидов и иоовалентных примесей в процессах дефектообраоования в опитаксиальных структурах АГСаР и СаР.

В процессе выполнения работы получен ряд важных реоульта-тов, обладающих научной новионой, которая оаключается в следующем:

- установлено, что легирование кремпия редксюемельными элементами приводит к уменьшению микротвердости монокристаллов;

- при высокотемпературной обработке микротвердость кремния, содержащего РЗЭ, воорастает значительно сильнее, чем в не-легированпых кристаллах;

- впервые обнаружено, что легирование кремпия германием приводит к увеличению стабильности микротвердости материала при термообработке;

- присутствие углерода в кремнии снижает, а наличие германия увеличивает концентрацию оолота в электрически активном состоянии;

- примесь ве поменяет соотношение между уоловой и междо-уоельной компонентами бора, увеличивая его концентрацию в электрически активном уоловом положении;

- термостабильность кремния, выращенного по методу Чохраль-ского в атмосфере азота, понижена по сравнению с традиционным Б), полученным в атмосфере аргона;

- покаоано, что введение РЗЭ в расплав СаР приводит к обраоо-ванию дополнительных дефектно-примесных акцепторных центров, не включающих в свой состав атомы лантаноидов;

- в эоитаксиальных слоях АЮаР обнаружены микровключения СаР с раомерами, превышающими 30 А.

Практическая и экономическая оначимость диссертационной работы определяется тем, что полученные данные о поведении ланта-

ноидов и иоовалентных примесей в кремнии и фосфиде галлия, могут быть нсполызованы при совершенствовании техыологии получения полупроводниковых материалов (в частности, монокристаллов Si и опитаксиальных слоев GaP) бео кардинального изменения самого процесса выращивания.

Основные положения, выносимые на оащиту:

1. Экспериментальное подтверждение и физическое обоснование закономерностей изменения редкоземельными и иоовалентньши примесями дефектно-примесного состава монокристаллического кремния;

2. Доказательство участия лантаноидов в формировании акцепторных дефектов в епитаксиальных слоях фосфида галлия;

3. Наличие микровключений фосфида галлия в епитаксиальных слоях AlGaP, полученных кристаллизацией из растворов-расплавов на основе индия.

Личный вклад соискателя. Все приведенные в диссертационной работе реоультаты получены лично соискателем и были проанализированы с научным руководителем. Соавторы опублихованных работ принимали участие в подготовке исследований, проведении отдельных експериментов и обсуждении результатов. Обработка и интерпретация данных, а также выводы сделаны автором лично.

Апробация и опубликованность результатов. Основные реоультаты диссертационной работы докладывались на III и IV международных семинарах "Нелинейные явления в сложных системах" (Полоцк, 1994 г.; Минск,1995 г.), первой Всероссийской конференции по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния ("Кремний-96" Москва, 19-22 ноября, 1996 г.), на семинарах кафедры физики Полоцкого государственного университета и кафедры физики полупроводников Белгос-упиверситета. Содержание диссертационной работы отражено в 12 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит ио введения, общей характеристики работы, четырех глав, основных выводов и списка использованных источников. Объем диссертации составля-

с»

ет 118 страпиц, в том числе 25 иллюстраций и 7 таблиц. Список использованных источников включает в себя 160 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Во введении проведена оценка современного состояния решаемой проблемы, определены основания и исходные данные для раоработки темы, дано обоснование проведения работы.

В общей характеристике работы обоснована актуальность темы, сформулированы цель работы, научная новизна, практическая и экономическая значимость полученных результатов и основные положения, выносимые на защиту. Приводится структура диссертации и список опубликованных работ. .

В первой главе представлен обзор литературных данных о поведении изовалентных и редкоземельных примесей в кремнии и в соединениях А'"ВУ. Большое внимание уделяется поведению примесей германия и углерода в кремнии. Рассмотрены вопросы термического дефектовбразования в монокристаллическом кремнии, легированном РЗЭ и ИВП. Особое место занимает анализ особенностей образования дефектов, их взаимодействия друг с другом и с примесями в и СаР. На его основании сформулированы задачи, решаемые в диссертации.

Во второй главе описаны особенности и условия подготовки образцов к измерениям, а также кратко проанализированы экспериментальные методики, испольоовавшиеся в настоящей работе.

Измерения эффекта Холла и проводимости осуществлялись в температурном интервале 78-300 К по стандартной методике в режиме постоянного электрического и магнитного полей. Спектры ИК-поглощения регистрировались дифференциальным методом в области длин волн 1-25 мкм с помощью спектрофотометра "5ресогс1-75 №". Спектры фотолюминесценции регистрировались в диапазоне 500-1000 нм при температурах 4,2-300 К с освещаемой стороны образ-

цов. Примесный состав определялся методом нейтронно-активаци-оиного (НАА) аналиоа с испольоованием спектрометрической установки ЛП-48-40. Микротвердость образцов иомерялась на приборе ПМТ-3. В работе испольоовались также методы оптической микроскопии в сочетании с селективным травлением.

Исследовались монокристаллы кремния п- и р-типа проводимости, выращенные по методу Чохральского (Сг-Б!) и бестигельной оонной плавки (Рг-Б!). Легирование примесями Се, Сс1, Ву, Ег осуществлялось добавлением навесок соответствующих элементов в расплав. Концентрация редкоземельных и иоовалентных примесей иомерялась методом нейтронно-активационпого аналиоа. Монокристаллы имели исходное удельное сопротивление 10-2000 Ом-см. Параллельно исследовались нелегированные образцы 81 с идентичными параметрами.

Эпитаксиальные слои (ЭС) А^Са^хР (0,06<х<0,47) толщиной 3-19 мкм выращивались на подложках СаР кристаллизацией из растворов-расплавов на основе 1п в температурном интервале 650-980°С. Параллельно исследовались ЭС СаР (толщиной до 15 мкм), полученные в идентичных условиях. Концентрация лантаноидов (вс1, Бу, Ег) по данным НАА в слоях была <1013 см"3. Полученные эпитаксиальные слои имели п-тип проводимости. Содержание иоовалентной примеси 1п в слоях было ~3-4 масс.%. В качестве контрольных исследовгшись эпитаксиальные слои фосфида галлия, выращенные методом газофазной епитаксии.

Третья глава содержит результаты исследования микротвердости и примесного состава монокристаллического кремния, содержащего ИВП и РЗЭ.

Исследования микротвердости р-Бц выращенного методами Чохральского и бестигельной оонной плавки, показали, что лантаноиды (Бу, Ег) и иоовалентные примеси (Се) оказывают существенное влияние на механические свойства монокристаллов. Максимальные значения микротвердости наблюдались в нелегированных образцах кремния. Введение германия в концентрации 1,7-1020см-3 как в Съ-Б], так и в "зонный" кремний снижало микротвердость на 2-5 %.

Наиболее отчетливо этот эффект был выражен для Гг-Б^ в котором концентрация остаточных технологических примесей (например, кислород) была ниже. Легирование редкооемельными элементами (Бу, Ег) приводило к еще более существенному (на 10-12 %) снижению микротвердости кремния. Таким образом, уменьшение мйкротвер-дости БкРЗЭ по сравнению с нелегированным кремнием обусловлено геттерированием лантаноидами технологических примесей кислорода и углерода в расплаве.

Установлено, что в процессе термообработки при 800°С наиболее существенные изменения микротвердости наблюдались на начальных этапах отжига. После прогрева длительностью свыше 100 минут микротвердость практически не поменялась. Особенности в поведении микротвердости при термообработке обусловлены раоли-чиями в процессах дефектообраоования в кремнии, выращенном разными методами. Следует отметить, что легирование лантаноидами приводило к уменьшению термической стабильности микротвердости Гг-Як Для этого материала характерно максимальное воораста-ние микротвердости (ДН/Н~8-9%) ио всех исследовавшихся образцов. Однако, даже после длительного прогрева абсолютные значения микротвердости в этих материалах оставались ниже, чем в контрольном Гг-БЬ Обнаружено, что присутствие германия приводило к возрастанию термической стабильности микротвердости.

Исходя ио анализа параметров п-Б1 до и после проведения диффузии золота показано, что присутствие изовалентной примеси углерода снижает, а германия увеличивает концентрацию примеси золота в электрически активном состоянии. Установлено, что наблюдаемый эффект наиболее выражен для технологической примеси углерода. Согласно экспериментальным результатам отсутствие компенсации удельного сопротивления в диффузионно-легированном золотом

обусловлено захватом атомов Аи углеродом, что приводит к потере им электрической активности. Германий же является центром аннигиляции точечных дефектов - вакансий и собственных междо-узельных атомов, что способствует переходу золота в электрически активное положение замещения.

При увеличении концентрации германия в р-Б] наблюдалось возрастание содержания бора в электрически активном состоянии. Фосфор ведет себя иначе: в верхней части кристалла его концентрация была меньше, а в нижней - больше, чем в контрольном материале. Обнаруженные особенности могут быть обусловлены следующими причинами: 1) иоменепием кооффициента сегрегации примеси (фосфор); 2) переходом примеси ио электрически неактивного меж-доуоельного в электрически активное уоловое положение (бор). Переход части атомов ио междоуолий в положение (замещения наблюдался также для технологической примеси углерода.

Вытеснение атомов бора и углерода ио междоуолий в положение оамещения может быть обусловлено тем, что атомы германия соодают в кристаллах кремния деформации сжатия. Так как атомные радиусы углерода (0,77 А) и бора (0,83 А) меньше ковалентного радиуса кремния (1,17 А), то при переходе атомов примесей ио меж-доуоельного в положение оамещения имеет место релаксация упругих полей, соодаваемых атомами германия.

Обнаружено, что в кремнии, выращенном в атмосфере аоота 51), концентрация кислорода ниже (в среднем на 20 %), чем в кремнии, полученном в атмосфере аргона (Аг-й]). Атмосфера выращивания, однако, не оказывала существенного влияния на концентрацию германия в монокристаллах 81.

При аналиое температурных (60-400 К) оависимостей эффекта Холла глубоких центров с энергетическими уровнями Ес-0,19, Ес-0,28 и Ес-0,58 эВ, обычно приписываемых одиночным атомам аоота либо мелким комплексам с их участием в N-81, не обнаружено. С другой стороны в образцах N-51 воорастала концентрация дефектов, выявляемых селективным травлением. Эти данные свидетельствуют о том, что практически весь аоот находится в составе крупных дефектно-примесных скоплений, представляющих собой кислородно-азотные преципитаты, т.к. аоот легко взаимодействует с кислородом.

Результаты исследования термических свойств кремния, легированного германием, показали, что оффективность генерации обоих видов термодоноров как обычных, так и высокотемпературных в

кремнии, выращенном в атмосфере аоота, выше, чем в традиционном "аргошюм" кремнии. Ускорение генерации термодоноров обусловлено увеличением радиуса захвата подвижных частиц центрами зарождения вследствие воодействия внутренних деформационных полей, соодаваемых указанными выше дефектами.

Установлено, что легирование кремния германием приводило к подавлению процесса генерации термодоноров, вводимых при 450"С, причем с ростом содержания Се снижались как максимально достижимые концентрации, так и начальные скорости введения термодоноров. Идентичное поведение указанной иоовалентной примеси наблюдалось ранее и в кремнии, выращенном в атмосфере аргона. Т.е. атмосфера выращивания не оказывала существенного влияния на процессы подавления термодоноров германием. Как и для традиционного Аг-81, имела место немонотонная зависимость максимально достижимой концентрации высокотемпературных термодоноров от содержания германия.

В четвертой главе приводятся исследования электрофизических и оптических свойств эпитаксиальных слоев фосфида галлия, легированных редкоземельными (вс1, Ег) и изовалентными (А1,1п) примесями.

Легирование слоев иоовалентной примесью А1 вызвало упгаре-ние полос фотолюминесценции во всем исследуемом диапазоне длин волн, что обусловлено упругими напряжениями, возникающими при этом в эпитаксиальных слоях. В спектрах фотолюминесценции эпитаксиальных слоев АГСаР на фоне полосы донорно-акцепторных пар С-Б (ДАП) обнаружены линии поглощения, энергетическое положение которых соответствовало свободному (2,327 эВ) и связанным на примесях серы (2,310 оВ) и азота (2,318 оВ) окситонам в ваР. Данные линии обусловлены поглощением на микровключениях ваР в пленках АЮаР. Локальный зондовый микроанализ показал, что А1 распределен однородно, поэтому размер микровключений должен быть меньше диаметра электронного пучка (4 мкм). Оценки говорят о том, что радиус этих микровключений превышает 30 А. Показана возможность легирования эпитаксиальных слоев азотом из навески Рз^

в процессе жидкофазной эпитаксии ио раствора-расплава на основе индия.

Интенсивность свечения эпитаксиальных слоев ваР, полученных из раствор-расплава на основе индия, более чем на порядок выше, чем в обраоцах, полученных методом гаоофаопой епитаксии, что обусловлено более совершенной внутренней кристаллической структурой несмотря на высокую концентрацию иоовалентной примеси.

Введение редкоземельных примесей (Эу, Сс1) в расплав фосфида галлия приводило к появлению в спектрах фотолюминесценции материала уокой Х-полосы при 541 нм. Интенсивность полосы возрастала при увеличении концентрации примесей в расплаве. Установлено, что в особо чистых образцах, полученных ио отожженного в вакууме расплава ваР (бео введения РЗЭ), Х-полоса также наблюдалась. Кроме того, легирование эпитаксиальных слоев лантаноидами приводило к резкому уменьшению концентрации свободных носителей заряда, вплоть до конверсии типа проводимости на дырочный. Следует отметить, что введение в раствор-расплав редкоземельных оле-ментов способствовало очистке слоев от фоновых технологических примесей (С,Б), с чем связано общее возрастание интенсивности фотолюминесценции и уменьшение интенсивности полос, обусловленных данными примесями.

Таким образом, согласно экспериментальным данным установлено, что введение редкоземельных элементов в расплав СаР приводит к образованию дополнительных дефектно-примесных центров акцепторной природы, обусловленных структурными дефектами, в состав которых лантаноиды не входят.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Выводы по результатам проведенной работы:

1. Впервые установлено, что легирование кремния редкоземельными элементами приводит к снижению микротвердости монокристаллов, что обусловлено генерированием технологических примесей (кисло-

род, углерод и т.д.) лантаноидами, причем наиболее эффективно указанный процесс протекает при испольоовании эрбия. При высокотемпературной обработке микротвердость БкРЗЭ воорастает зпачи-тельно сильнее, чем в нелегированных кристаллах, что обусловлено более интенсивным обраповапием структурных нарушений в процессе термообработки.

2. Обнаружено, что термическая стабильность микротвердости в БпСе выше, чем в нелегированных обраоцах, что свяоано с подавлением германием процессов термического дефектообрапования в кремнии.

3. Установлено, что присутствие иоовалентной примеси углерода снижает, а германия увеличивает концентрацию оолота в электрически активном состоянии в кремнии. Эффективность воаимодействня оолота с углеродом на три порядка выше эффективности указанного процесса для германия.

4. Обнаружено, что иоовалентная примесь германия иоменяет соотношение между узловой и междоузельной компонентами примесей с меньшим, чем у кремния, атомным радиусом (бор, углерод). Наблюдаемый эффект обусловлен тем, что под воздействием полей упругих напряжений, создаваемых атомами германия, энергетически более выгодным является переход атомов указанных примесей из междоузлий в положение замещения.

5. Установлено, что термостабильность электрофизических параметров кремния, легированного германием в процессе выращивания в среде азота, ниже, чем кремния, полученного с использованием инертной атмосферы. Наблюдаемый эффект обусловлен введением в указанных монокристаллах дефектов междоуоельного типа, являющихся центром зарождения ТД.

6. В эпитаксиальных слоях АЮаР, выращенных ио растворов-расплавов на основе индия, обнаружены микровключения фосфида галлия с раомерами, превышающими 30 А,о чем свидетельствует наличие в спектрах фотолюминесценции полос самопоглощения,обусловленных свободным и связанным на примесях серы и аоота экситонами. Об-

наруженный эффект позволил доказать возможность легирования пленок AlGaP примесью аоота иа навески P3N5 и наличие автолесирова-ния примесями серы и аоота ио подложки в процессе выращивания.

7. Показано, что введение в раствор-расплав редкооемельных элементов приводит не только к снижению содержания фоновых технологических примесей, но и обраоованию дополнительных дефектно-примесных центров акцепторной природы в эпитаксиальных слоях фосфида галлия, обусловливающих линию 541 нм в спектрах фотолюминесценции. Установлено, что в состав отого дефекта лантаноиды не входят.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

Содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Алешин В.Д., Бринкевич Д.Й., Вабищевич С.А., Соболев H.A. Влияние лантаноидов на дефектно-примесный состав эпитаксиальных слоев GaP// Физика и техника попуцроводншов.1996. Т.ЗО. N 5. С.906-909.

2. Бринкевич Д.И., Вабищевич С.А. Михротвердость кремния, легированного гоовалентными и редкоземельными примесями// Неорганические материалы. 1994. Т.ЗО. N5. С.599-602.

3. Бринкевич Д.И., Петров В.В., Вабищевич С.А., Крюков В.Л., Фурманов Г.П. Влияние иоовалентных примесей на диффузию ооло-та// Высокочистые вещества. 1994. N 5. С.26-29.

4. Бринкевич Д.И., Вабищевич С.А., Соболев H.A. Фотолюминесценция эпитаксиальных слоев фосфида галлия, легированного редкоземельными элементами// Журнал прикладной спектроскопии. 1996. Т.63. N 2. С.341-344.

5. Brinkevich D.I., Vabishchevich S.A. Enhanced generation of thermal donorg in silicon single crystals grown in a nitrogen atmosphere// Inorganic materials. 1996. V. 32. N 10. P. 1013-1015.

6. Brinkevich D.I., Petrov V.V., Sobolev N.A., Vabishchevich S.A. Structure and the doping of epitaxially grown AlGaP//Proc. Third Seminar "Nonlinear Phenomena in Complex System" Polatsk, February 14-16, 1994. P.272-277.

7. Brinkevich D.I., Vabishchevich S.A., Petrov V.V., Sobolev N.A. Epitaxial layers GaP doped by rare-earth elements// Proc. Fourth Seminar "Nonlinear Phenomena in Complex System" Minsk, Febriary 6-9, 1995. P.388-390.

8. Brinkevich D.I., Prosolovich V.S., Vabishchevich S.A.; Petlitskiy A. V. Gettering of background impurities by oxygen precipitation// Proc. Fourth Seminar "Nonlinear Phenomena in Complex System" Minsk, Febriary 6-9, 1995. P.391-395.

9. Вабшцевич С.А., Бринкевич Д.И., Петров В.В. Микротвердость кремния, легированного редкоземельными и иоовалентными примесями// Тео. докл. первой Всероссийской конференции по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния ("Кремний-96"). - Москва, 19-22 ноября, 1996. - С.45.

10. Петров В.В., Бринкевич Д.И., Вабшцевич С.А. Si:Ge, выращенный в атмосфере аоота// Тео. докл. первой Всероссийской конференции по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния ("Кремний-96"). - Москва, 19-22 ноября, 1996. - С.61.

И. Бринкевич Д.И., Вабшцевич С.А., Петров В.В. Примеси в кремнии, легированном германием// Тео. докл. первой Всероссийской конференции по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния ("Кремний-96"). - Москва, 19-22 ноября, 1996. - С.40.

12. Бринкевич Д.И., Вабшцевнгч С.А., Петров В.В. Механическая прочность кремния, легированного лантаноидами и германием// Деп.в ин-те "Белинформпрогноз" 6.02.96, Минск,-16 с. N деп. 19963.

РЕЗЮМЕ Вабшцевич Сергей Ананьевич

ПРОЦЕССЫ ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЯ В КРЕМНИИ И ФОСФИДЕ ГАЛЛИЯ, ЛЕГИРОВАННЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ И ИЗОВАЛЕНТНЫМИ ПРИМЕСЯМИ

Ключевые слова: дефектообраоование, примеси, термический отжиг, микротвердость, электропроводность, фотолюминесценция, эпитаксиальный слой.

Методами эффекта Холла и проводимости, микротвердости, ИК-спектроскопии и фотолюминесценции исследовались электрофизические и оптические свойства кремния и фосфида галлия, легированных редкоземельными элементами и изовалентпыми примесями.

В работе установлено, что лантаноиды уменьшают микротвердость 81, что связано с генерированием технологических примесей (С,О) в расплаве. Стабильность микротвердости при высокотемпературном отжиге (Т=800"С) выше для кремния, содержащего изова-лентную примесь Се, что связано с подавлением процессов термического дефектообразования при термообработке. Присутствие ИВП углерода в ЭкЛи приводило к уменьшению, а Се к увеличению концентрации золота в электрически активном состоянии. Кроме того, при легировании германием наблюдалось увеличение содержания легирующей примеси бора в электрически активном узловом положении. Аналогичный эффект наблюдался для технологической примеси углерода.

В опитаксиальных слоях АЮаР обнаружены микровключения СаР с размерами >30 А. Введение редкоземельных элементов в расплав СаР приводило к очистке епитаксиальных слоев от фоновых технологических примесей (С.Э) и образованию дополнительных дефектно-примесных центров акцепторной природы, с которыми в спектрах фотолюминесценции коррелирует полоса при 541 нм.

РЭЗЮМЭ

ВабшгтовН Сяргей Ананьев^

ПРАЦЭСЫ ДЭФЕКТАУТВАРЭННЯ У КРЭМНП I ФАСФ1ДЗЕ ГАЛ1Я, ЛЕГ1РАВАНЫХ РЭДКАЗЯМЕЛБНЫМ1 ЭЛЕМЕНТАМ11 13АВАЛЕНТНЫМ1 ПРЫМЕСЯМ1

Ключавыя словы: дофектаутварэтше, прымса, терм^чны отжыг, М1крацвердасць, олектраправоднасць, фоталюмшесцонцыя, ошташаль-ны слой.

Метадам1 офекта Хола 1 праводнасц!, М1крацвердасц), шфрару-жовай спектрасканп 1 фоталюмшесцэнцьп даследавалкь олектрафкнч-ныя 1 аптычныя уласц!васц1 крэмшя 5 фасфща гал!я, леправаных рэд-каоямельным1 элементам! \ юавалентным1 прымесямь

У рабоце установлена, што лантаяощы памяньшаюць мкрацвер-дасць крэмшя, што овяоана с гетэрыраваннем тэхналапчных прыме-сей (С,О) у расплаве. Стабшьнасць мкрацвердасш пры высокат-омпературпым адпале (Т=800°С) вышой для кремшя, омяшчаючым тавалентную прымесь Се, што овяоана о надауленнем працосау тэр-ьпчнага дэфектаутварэння пры тармаапрацоуцы. Прысутнасдь ша-валентнай прымес) углерода у БкАи прывадоша да омяныгоння, а ве да павелячоння канцэнтрацьп оолата у электрычна актыуным стане. Акрамя таго, пры леправанш Б! гермашем нашралась павелячэнне канцэнтрацьп лепруючай прымеа бора у электрычна актыуным ву-олавым стаповшгчы. Аналапчны эфект нао1рауся для прымеа углерода.

У эштакаальных слаях АЮаР онойдоены м1краухлючэнт йаР о памерам5 >30 А. Увядоеннерэдкаоямельныхэлемента^ у расплау ваР прывадоша да ачысты оштакаальных слаеу ад фонавых тэхналапчных прымесей (С,Б) 1 утварэння дадатковых дэфектйа-прыМесных цэнтрау акцвптарнай природы, с як1М1 у спектрах фоталюмшесцэнцьп карол1руе паласа пры 541 нм.

SUMMARY Vabishchevich Sergei Ananievich

THE DEFECTS FORMATION PROCESSES IN SILICON AND GALLIUN PHOSPHIDE DOPED WITH THE

RARE-EARTH ELEMENTS AND ISOVALENT IMPURITIES

Key words:formation defects, impurities, thermal treatment, micro-hardness, conductivity, photoluminescence, epitaxial layer.

Electro-physical and optical properties of the silicon and the gallium phosphide doped with the rare-earth elements and isovalent impurities were investigated using the methods of Hall-effect and electric conductivity, microhardness, IR-spectroscopy and photoluminescence.

It was established that the lanthanides doping lead to the decrease of the Si microhardness, that is connected with the gettering of the technological impurities (C,0) in the melt. The microhardness stability at the heat annealing (T=800"C) was larger for the silicon containing the isovalent Ge impurity. It is connected with the supression of the defects formation processes at the heat treatment. Concentration of the gold in the electrically active state increased at the Ge presence and it decreased in the case of the carbon presence in Si:Au. Besides the increase of the boron impurity concentration in the electrically active lattice site was observed at the doping of the silicon with germanium. Similar effect was observed for the technological carbon impurity.

The GaP microparticles with the size >30 A were detected in the AlGaP epitaxial layers. The introduction of the rare-earth elements in the GaP melt leaded to the cleaning of the epitaxial layers from the background tecnological impurities (C,S) and to the formation of the additional defect-impurity acceptor nature centres. The band at the 541 nm in the photoluminescence spectra correlate with these centres.