Влияние атомарного водорода на свойства кремния, арсенида галлия и структур на их основе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ШЛОПАК Николай Владимирович

УДК 621.315.592

ВЛИЯНИЕ АТОМАРНОГО ВОДОРОДА НА СВОЙСТВА КРЕМНИЯ, АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ И СТРУКТУР НА ИХ ОСНОВЕ

01.04.10 — Физика полупроводников и диэлектриков

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Минск 1994

Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории прикладной физики Белорусской государственной политехнической академии.

Научные руководители: кандидат фиэико-математичеких наук,

ведущий научный сотрудник УЛЬЯШИМ А. Г.,

кандидат физиго-математичеких наук, старший научний сотрудник ВУМАЙ Ю. А.

Официальные оппоненты: доктор физшсо-математических наук,

профессор НОВИКОВ А.П.,

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник МУРИИ и.И.

Ведущая органивация - Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники

Защита диссертации состоится 13 мая 1994 года в 1400 часов на заседании специализированного совета Д 056.03.05 по присуждению ученой степени доктора наук при Белорусском государственном университете (220080, г.Минск, проспект Ф.Скорииы, 4, главный корпус, ауд. 206)

С диссертацией южно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного университета.

Автореферат разослан 13 апреля 1904 г.

в.Ф.СтелЬмах © Шлопвк Н.В., 1994

0И1АП ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуачыюстъ теми. Водород, кок известно, играет ватаг/в роль ¡сак в технологии получения полупроводникогих материалов, та: и при изготовлении приборов на их основе. В частности, водород используется в качестве газа-носителя в процессах эпитагсии и диффузии или как восстановительная среда при различных отжигах. Благодаря малому размеру и высокому коэффициенту диффувии водород легко проникает вглубь кристалла, взаимодействуя как с легирующей примесью, так и с дефектами решетют Во многих случаях внедрение водорода в полупроводники является неконтролируемым (случай: шм) и может вызывать нежелаемые изменения электрически активного профиля легирования в приповерхностной области. Непреднамеренное внедрение водорода, приводящее к обеднению свободными носителями заряда в приповерхностной области кремния наблюдается, например, в результате шлифовки, полировки, реактивного ионного травления Ш. Кроме того, легирование водородом широко применяется в технологии получения аморфных полупроводников и приборов иа их основе благодаря уникальной способности насыщать оборванные связи. Добавление даже нескольких процентов водорода к аргону, который обычно используется при выращивании кристаллов кремния приводит к заметному уменьшению концентрации свирл-дефектов и дислокаций £8]. В последнее десятилетие предметом многочисленных экспериментальных и теоретических работ является поведение атомарного водорода в кристаллических полупроводниках вследствие его способности пассивировать электрически активные как мелкие, так и глубокие центры. Благодаря этому, свойства водорода в полупроводниках представляют не только научный, но и в значительной мера практический интерес. Все это обосновывает актуальность проведения систематических исследований поведения водорода в полупроводниках.

Целью работы являлось исследование влияния водорода на электрические и оптические свойства крепния, арсенида галлия и структур на их основе, а также практическое применение водородной пассивации. •

Для достижения поставленной цели требовалось решить следуюшу.е .задачи:

1. Исследовать влияние гидрогенизации при различных режимах на электрические свойства кремния.

2. Исследовать стабильность комплексов мелкий донор-водород в кремнии.

3. Исследовать влияние водорода на электрические свойства п-31 при радиационном воздействии.

4. Провести исследования влияния гидрогенизации на электрические и оптические свойства баАз структур и характеристики приборов на его основе.

Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:

1. Показано, что эффективность пассивации атомарным водородом мелких доноров в кремнии сравнима с пассивацией мелких акцепторов при температурах гидрогенизации ниже 100 °С.

2. Обнаружено, что образующиеся в результате гидрогенизации кремния нейтральные комплексы донор-водород нестабильны при комнатной температуре в присутствии оптически генерируемых неосновных носителей заряда. Кинетика обусловленной светом реактивации пассивированного атомарным водородом фосфора содержит начальный участок, характеризуемый высокой скоростью реактивации, а для больших времен освещения процесс диссоциации замедляется и может быть описан уравнением для химической реакции второго порядка.

3. Показано, что при радиационном г- и электронном облучении гидрогенивированных слоев п-Б1, происходит распад устойчивых водородных комплексов с освобождением атомарного водорода, который, в свою очередь, взаимодействуя преимущественно с радиационными дефектами, приводит к увеличению радиационной стойкости 51 и снижает температуру отжига радиационных дефектов.

4. Показано, что обработка в водородной плазме облученного т-квантами или электронами п-31 приводит к более значительному восстановлению подвижности и концентрации электронов, чем обычный термический отжиг при той же температуре вследствие пассивации атомарным водородом радиационных дефектов.

5. Обнаружен эффект увеличения квантового выхода фотолюминесценции многослойных ОаАз/АЮаАз структур, выращенных методом МОС гидридной эпитаксии, благодаря пассивации безызлучательных центров 2

рекомбинации на границах гетероструктур.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в следующем:

1. Установленные температурно-временные режимы обработга! в водородной плазме слоев 31 и баЛз могут быть использованы для управления электрофизическими параметрами полупроводников и приборов на их основе.

2. Результаты по увеличению радиационной сти'псости кремния путем предварительного насыщения его водородом могут быть использованы при разработке приборов и интегральных схем, устойчивых к воздействию радиации.

3. Показана возможность улучшения параметров готовых полупроводниковых приборов и увеличения количества годных приборов с использованием обработки в водородной плазме.

Результаты диссертации и отработанные режимы гидрогенизации могут быть использованы в технологии производства полупроводниковых приборов и структур.

На защиту выносится экспериментальное подтверждение:

- высокой эффективности пассивации атомарным водородом мелких доноров в п-Э1 при температурах гидрогенизации ниже 100 °С;

- диссоциации комплексов мелкий донор-водород в кремнии под действием света при комнатной температуре, кинетика которой при длительных временах освещения определяется реакцией второго порядка;

- взаимодействия атомарного водорода с радиационными дефектами и мелкими донорами при радиационном воздействии на гидрогенизироваи-

,..ный п-й!;

- увеличения квантового выхода фотолюминесценции вследствие пассивации атомарным водородом границ гетеропереходов в многослойных БаАз/АЮаАз структурах, выращенных методом МОС гидридной эпитак-сии.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на VI Всесоюзной конференции по физико-химическим основам легирования полупроводниковых материалов (г.Москва,

1068 г.); XIX Международной конференции по физике полупроводников (г.Варшава, Польша, 1988г.); VIII Международной шкоде по вакуумной, электронной и ионной технологиям (г.Варна, Болгария, 1093г.), Л научно-технической конференции "Физикам технология тонкопленочных полимерных систем" (г.Пружаны, Беларусь, 1993г.) и изложены в 14 опубликованных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глаз, основных результатов и выводов, списка цитированной литературы, состоящего из 248 наименований. Она содержит 166 страниц машинописного текста, в том числе 35 рисунков и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель работы, охарактеризована научная новизна и практическая значимость полученных результатов, изложены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержит краткий обзор литературных данных по поведению водорода в полупроводниках и практическому применению водородной пассивации. В ней рассмотрены различные методы контролируемого введения атомарного водорода (гидрогенизации) в полупроводники, дефекты в приповерхностной области, образующиеся при внедрении Бодорода, приведены сведения о непреднамеренной диффузии водорода в полупроводники при различных технологических обработках. Проведен анализ {экспериментальных и теоретических работ по взаимодействию атомарного водорода с глубокими и мелкими центрами в кремнии и арсениде галлия, а такде тройных и четверных соединениях на его основе. Приводятся литературные данные по стабильности различных комплексов с участием Бодорода в зтих полупроводниках. Рассмотрены механизмы диффузии, локализация и зарядовые состояния водорода в полупроводниках. Представлены сведения об использовании гидрогенизации в технологии изготовления полупроводниковых приборов, На основе анализа литературных данных сформулированы основные задачи, решаемые в диссертации.

Во второй главе рассмотрены методы и объекты исследований. Для исследований использовались образцы выращенного по методу Чохраль-

с ¡того кремния р- и n-типа, легированного, соответственно, бором или фосфором, а также эпитаксиакьные и ионно-легированные слои на подложках противоположного типа проводимости. Удельное сопротивление исследуемых образцов кремния находилось в интервале 1-10 Ом-см. В случае арсенида галлия исследовались ионно-легированные и эпитаксиальные слои, полученные методом газотранспортной эяитак-сии, п-типа проводимости с концентрацией электронов 1015-3-10lñ см"3 на полуизолирующих подложках. Кроме того,исследовались слои нелегированного и легированного кремнием (~1017 см"3) Alxüai-xAs и квачтово-размерные структуры GaAs/AlxGai-xAs (х=0.21-0.30), выращенные мзтодом МОС гидридяой эпитаксии на подложках полуизолирующего GaAs. Концентрация и подвижность носителей заряда определялись с помощью измерений эффекта Холла и проводимости в температурном интервале 78-300 К. Измерения фотолюминесценции выполнены при температуре жидкого азота с помощью промышленного комплекса КСВУ-23 и гелий-неонового лазера. Профили распределения концентрации носителей заряда при комнатной температуре определялись из измерений всльт-фарадных (C-V) характеристик с помощью ртутного зонда. Гидрогенизация исследуемых образцов осуществлялась в камере для реактивного ионного травления 8 плазме тлеющего разряда на постоянном токе. Плотность мощности разряда не превышала 0.1 Вт/см2. Обрабатываемые в плазме образцы помещались непосредственно на подогреваемый катод. Облучение г-квантами осуществлялось от источника 60Со интенсивностью 6.М011 см"2-с'1, а облучение электронами с энергией 4 ЫзВ - на линейном ускорителе интенсивностью 3-Ю12 ом2-с"1 путем последовательного набора дозы.

В третьей главе приведены результаты исследовании влияния обработки в водородной плазме на концентрацию и подтишюсть носителей заряда в монокристаллах кремния, а также ионно-легированных и энитаксиальных слоях с различным уровнем легирования. Представлены результаты по термостабильности комплексов фосфор-водород и диссоциации этих комплексов при комнатной температуре под действием света. Обсуждаются механизмы формирования таких комплексов и их диссоциации.

Выполненные в работе исследования влияния обработки в водород ной плазме в температурном интервале -ICO- tgoo °0 при различных

5

временах экспозиции на серии образцов с различным уровнем легирования показали, что в результате гидрогенизации происходит нейтрализация электрически активного фосфора диффундирующим вглубь образца водородом. Причем глубина, на которой наблюдаются изменения концентрации, а также эффективность нейтрализации мелких доноров зависит как от температуры и времени обработки, так и от уровня легирования материала. Наиболее значительные изменения профилей распределений происходят в температурном интервале 20-80 °С независимо от уровня легирования материала, то есть при более низких температурах, чем в р-типе кремния, где нейтрализация мелких акцепторов наиболее эффективно происходит в температурном интервале 100-150 °0. Необходимо отметить, что уменьшение концентрации свободных электронов в гидрогенизированном п-Б1 сопровождается увеличением колдовской подвижности при 78 К, что непосредственно указывает на образование нейтральных комплексов с участием водорода, а не введение компенсирующих центров. Анализ профилей распределения электрически активных центров до и после гидрогенизации в кремнии р- и п-типа проводимости с одинаковым уровнем легирования при одних и тех же условиях обработки показал, что при температурах гидрогенизации ниже 100 °С эффективности нейтрализации доноров и акцепторов сравнимы, а при более высоких температурах нейтрализация акцепторов проявляется сильнее, в то время как эффективность образования нейтральных комплексов водорода с донорами сильно ослабевает. Такое различие в поведении водорода в п- и р-31 может быть связано с низкой термостабильностыо образующихся нейтральных комплексов донор-водород в сравнении с комплексами акцептор-водород в кремнии. Обнаружено также, что небольшое обеднение свободными носителями заряда вследствие непреднамеренной диффузии водорода в приповерхностной области р-Ш наблюдается уже в исходных (специально негидрогенизированных) пластинах кремния. Отжиг этих пластин при 200 °С на воздухе приводит к восстановлений однородного распределения электрически активных центров бора.

В качестве механизма пассивации мелких доноров фосфора в кремнии предлагается реакция типа: Р++Н~— (Р-Н)0. В кремнии п-типа, в котором уровеиь Ферми расположен вблизи зоны проводимости, водород находится в отрицательно заряженном состоянии, что обусловлено

захватом дополнительного электрона на глубокий уровень, создаваемый атомарным водородом. В связи с этим,отрицательно заряженный водород диффундирует в электрическом поле положительно заряженных ионов фосфора и вследствие кулоновского взаимодействия центров Р* и 1Г наблюдается образование нейтральных комплексов Р-Н.

В работе представлены результаты исследования влияния термообработки и освещения на стабильность Р-Н комплексов. Показано, что освещение белым светом гидрогенизированного Б1 п-типа при комнатной температуре приводит к восстановлению профилей концентрации -. электрически активных центров фосфора и, соответственно, уменьшению слоевого сопротивления, величина которого при больших временах освещения (>4 час) приближается к исходной (до гидрогенизации). Диссоциация Р-Н комплексов усиливается при увеличении плотности мощности падающего на поверхность образца света. Необходимо отметить, что подобные изменения не наблюдались при освещении гидроге-птированнш образцов частью светового потока о энергией квантов меньше ширины запрещенной зоны кремния (выделенной кремниевым фильтром) независимо от плотности мощности. Это свидетельствует об определяющей роли оптически генерируемых неосновных носителей заряда в процессе диссоциации Р-Н комплексов.

Более детальный анализ процесса диссоциации Р-Н комплексов показал, что диссоциация Р-Н комплексов не подчиняется кинетике первого порядга. Обнаружено, что за исключением малых времен отжига (<30 мин) процесс диссоциации может быть описан реагащей торого порядка. На основе, полученных результатов и сведений, имеющихся в литературе предложен следующий механизм индуцированной светом реактивации пассивированного атомарным водородом фосфора. Р-Ч комплексы при комнатной температуре могут быть частично диссоциирован-кыми благодаря термическому возбуждению. При этом атом водорода удерживается вблизи донора кулоновским взаимодействием. Оптически генерируемые неосновные носители заряда (дырки) диффундируют в область Р-Н комплексов и могут быть захвачены отрицательно заряженными атомами водорода: (Р+- • •Н~)+Ь— Р*+Н°. Нейтральный атом водорода способен мигрировать от положительно заряженного донора, что приводит к необратимому развалу Р-Н комплекса. В последующем мажет терять или захватывать электрон вследствие термического рав-

новесия с решетки' кремния. Поскольку наблюдаемый процесс диссоциации необратим и его кинетика определяется реакцией второго порядка, можно предположить, что Н°, образует электричестси неактивную и стабильную форму с участием другого атома водорода. В n-Si эперге-тически выгодным является образование двухатомного 11*2 комплекса: Н°НГ— И^е.

Четвертая глава посвящена влиянию водорода на подвижность и концентрацию носителей заряда в эпитаксиальных слоях n-Si, подвергнутого облучению г-квантами б0Со, и быстрыми электронами.

Обнаружено значительное уменьшение концентрации вводимых при радиационном воздействии компенсирующих центров во всех содержащих водород образцах при у-облучении и только в образцах с низкой концентрацией Р-Н комплексов (гидрогенивированных при 150 °С) при электронном облучении. Вместе с тем, эффект пассивации более ярко выражен при r-облучении, чем при электронном. Следует также отметить, что в случае гидрогенизированных образцов, в которых концентрация электронов была существенно снижена в результате гидрогенизации, при i облучении в интервале доз 2-1017-2-1018 см"2 наблюдается аномальное увеличение концентрации свободных носителей заряда.

Полученные результаты могут быть объяснены следующим образом. Под действием ионизирующего излучения и неконтролируемого нагрева образцов во время облучения происходит освобождение атомарного водорода из всевозможных связанных форм, который затем может эффективно захватываться радиационными дефектами и мелкой легирующей примесью, приводя К их пассивации. Поэтому, влияние водорода на электрические свойства кремния при облучении будет определяться балансом скоростей процессов генерации атомарного Водорода, образования комплексов с радиационными дефектами и атомами фосфора и их диссоциации. Комплексы водорода с фосфором, характеризующиеся малым значением энергии связи легко диссоциируют, особенно при повышенных температурах. Значительно большие времена облучения ¥-квантами, необходимые для реализации такого жэ радиационного эффекта, как при электронном облучении создают более благоприятные условия для диссоциации Р-Н комплексов и преобладающего захвата атомарного водорода радиационными дефектам. В тоже время при ко-8

ротких временах, свойственных электронному облучению, формирование Р-Н комплексов может доминировать над их диссоциацией, составляя конкуренцию захвату атомарного водорода радиационными дефектами.

Значительные различия в процессах восстановления свойств гид • рогенизированного и негидрогенизированного Si, облученного как Г-квантами, так и электронами наблюдаются при ивохронном отжиге. В гидрогенизированных образцах Si основная часть дефектов отжигается при температурах, близких к 250 °С. Вместе с тем, с повышением температуры термообработки облученного электронами гидрогенизиро-ванного S1 наблюдаются стадии отрицательного отжига. Небольшое увеличение концентрации компенсируем центров вблизи 300 °С, наблюдаемое во всех облученных образцах, является, как известно, результатом увеличения концентрации центров кислород-вакансия за счет диссоциации центров дивакансии при 230-280 °С. В то же время стадия отрицательного отжига при 400-490 °С наблюдается только в гидрогенизированных образцах после электронного облучения, что жет быть обусловлено освобождением водорода из пассивированных ва-кансиониых комплексов, которые термически стабильны в негидрогени-зированном сблуценном кремнии при температурах выше 250 °0. Это коррелирует с выходом водорода из кремния при температура« выше 400 °С и, соответственно, его освобождением с различных комплексов при более низких температурах 111.

Часть контрольных (негидрогенизированных) образцов после электронного и т-облучения подвергалась обработке в водородной плазме при 80, 100 и 150 °С в течение 15 мин. В результате таких обработок наблюдается частичное восстановление электрических свойств, значительно превышающее по эффективности обычный термический отжиг при тех же температурах и обусловлено пассивацией радиационных дефектов продиффундирсвавшнм атомарным водородом.

В пятой главе изложены результаты исследований влияния обработки в плазме водорода на электрические свойства ионно-легированных и эпнтассиальных слоев n-G'iAs на полуизодирдаих подложках, характеристики изготовленных на основе данных слоев преобразователей Холла (ПХ) и полевых транзисторов с. затвором Шоттш), а также олтичоские свойства многослойных излучат«!« структур GaAs/AlGaAs,

Исследования влияния гидрог-5>;изал.ии нь слой SaAs, полученные

различными технологическими методами показали, что внедрение атомарного водорода из плазмы приводит к уменьшению концентрации и увеличению подвижности носителей заряда во всем температурном интервале измерений (78-300 К). Кроме того, температура, при которой величина подвижности проходит через максимум смещается в область более низких температур. Полученные результаты свидетельствуют об уменьшении концентрации ионизированной примеси, вызванном образованием нейтральных комплексов с участием водорода. Исследования влияния гидрогенизации на серии образцов эпитаксиального и ион-но-легированного БаАэ с различным уровнем легирования показали, что обработка в водородной плазме тонких -0.2 мкм как имплантированных, так и эпигаксиальных слоев ваАз с концентрацией электронов <1018см~'3 мокат пршздить, к полной нейтрализации донорной примеси в активном слое, снижая электропроводность этого слоя до уровня собственной. Обнаружено также, что с увеличением времени обработки в плазме водорода тонких слоев ОаАБ величина подвижности, определяемая концентрацией рассеивающих центров может уменьшаться, что связано с увеличением влияния структурных дефектов, генерируемых в тонком приповерхностном сдое.

Исследования влияния обработки в водородной плазме на фотолюминесценцию при 78 К выращенных методом МОС гидридной эпитаксии многослойных структур баАэ/АЮаАз с набором квантовых ям разного размера, двойных ОаАэ/АЮаАз гетероструктур с раздельным ограничением с активной областью 20 нм и отдельных компонент таких структур - нелегированных слоев баА.э и АЮаАэ, а также легированного кремнием АКЗаАэ показали, что в результате гидрогенизации происходит уменьшение интенсивности ФЛ нелегированных слоев и ее усиление в случае легированного кремнием АЮаАБ. Обнаружено сильное увеличение интенсивности М квантовых ям 6аАз/А1БаАз структур, обусловленное пассивацией диффундирующим атомарным водородом безызлуча-тельных дефектов на гетерограницах. В случае двойной гетерострук-туры с раздельным ограничением, содержащей переходные слои с градиентом состава в области гетерограниц, после гидрогенизации наряду с увеличением квантового выхода ФЛ наблюдается сильное сужение спектра ФЛ (ЗаАБ активной области.

Исследования влияния обработки в водородной плазме на парамет-

>ы ОаАБ СВЧ транвисторов с барьером Шоттки и преобразователей Хол-[а показали, что гидрогенизация приводит к улучшению характеристик [риборов, содержащих различного рода дефекта и слабо влияет или 1есколько ухудшает свойства качественных приборов. Так, в транзисторах более низкого качества наблюдается монотонное улучшение статических параметров . транзисторов (уменьшение фактора идеальности 5арьера Шоттки, сопротивления канала и истока, увеличение крутизны л тока стока) при увеличении Бремени обработки, в то время как в качественных транзисторах эти параметры при малых временах обработки (< 60 мин.) несколько улучшились, а при более длительных обработках наблюдается их ухудшение. Улучшение статических параметров СВЧ транзисторов при обработке в водородной плазме указывает на снижение количества ловушек в приконтактних областях и в области канала, несвязанное с термическим отжигом, поскольку обычный термический отжиг аналогичных транвисторов в атмосфере молекулярного водорода при той же температуре приводит к ухудшению этих параметров независимо от качества транзисторов. Устранение дефектов в данном случае может быть обусловлено пассивирующим влиянием диффундирующего атомарного водорода. Улучшение статических параметров транзисторов более ниэкого качества при плазменной обработке сопровождается также улучшением СВЧ параметров - коэффициента шума и коэффициента усиления, измеренных на частоте 12 ГГц.

В случае преобразователей Холла (учет 250 чипов) обнаружено, что гидрогенизация приводит статистически к возрастанию входного сопротивления и к снижению остаточного напряжения ПХ. Поскольку остаточное напряжение, в основном, определяется неоднородностью распределения удельного сопротивления, наблюдаемый эффект может быть связан с уменьшением неоднородностей в пределах отдельного преобразователя. Статистическая обработ!га результатов измерений параметров ПХ показала, что наряду со снижением неоднородности распределении электрических свойств в пределах одного чипа наблюдается увеличение дисперсии параметров ИХ в целом по пластине. При этом наиболее значительно возросло количество ПХ с минимальными значениями остаточного напряжения. Следует отметить, что существенное улучшение качества изначально плохих приборов, является характерной особенностью водородной пассивации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

л. Показано, что обработка п-Б! в плазме водорода приводит к пассивации электрически активного фосфора атомарным водородом вследствие; образования нейтральных комплексов фосфор-водород. Установлено, что эффективность пассивации мелких доноров в кремнии сравнима с пассивацией мелких акцепторов при температурах гидрогенизации ниже 100 °С.

2. Показано, что комплексы фосфор-водород в гидрогенизирован-ком кремнии п-типа нестабильны при комнатной температуре в присутствии оптически генерируемых неосновных носителей заряда. Установлено, что кинетика обусловленной свзтом диссоциации Р-Н комплексов содержит начальный участок, характеризующийся высокой скоростью диссоциации, а для больших времен освещения процесс диссоциации замедляется и может быть описан химическим уравнением для реакции второго порядка.

3. Показано, что предварительная обработка кремния п-типа в водородной плазме приводит к увеличению радиационной стойкости материала. Атомарный водород, ответственный за пассивацию радиационных дефектов освобождается при облучении из присутствующих в гид-рогенизированном кремнии электрически неактивных форм водорода, не связанных с легирующей примесью.

4. Обнаружено, что пассивация радиационных дефектов в гидроге-низированном п-51 при электронном облучении проявляется слабее, чем при облучении т-квантами из-за конкурирующего захвата атомарного водорода атомами фосфора.

5. Показано, что основная часть генерируемых т- или электронным облучением радиационных дефектов отжигается в гидрогенизиро-ванноы п-Б! при температурах ниже 850 °С. Вместе с тем, в случае облучения электронами при температурах отжига выше 250 ^.наблюдаются стадии отрицательного отжига вследствие освобождения водорода из пассивированных радиационных дефектов.

6 Установлено, что обработка в плавмз водорода при температуре 1Е0 °С облученного г-квантами и электронами п51 приводит к восстановлению концентрации и подвижности электронов, соответствующему обычному термическому отжигу при температуре 320 °С.

7. Установлено, что гидрогенизация как зпктаксианького, так и окно-легированного арсенида галлия n-типа приводит к нейтралиэа-ии донорной примеси, что проявляется в одновременном уменьшении онцентрации и увеличении подвижности электронов в температурной нтервале измерений 78-300 К. Обнаружено, что обработка в водород-ой плазме тонких -0.?. ыкм слоев легированного (п<1018 си-3) ОаЛз ia полуизапирукщих подлетках может приводить к еюисении прсводи-юсти активного слоя до уровня собственной, что мотет быть исполь-ювано для создания изолирующих областей в технологии изготовления гриборов на основе GaAs.

8. Показано, что гидрогенизация может значительно повысить интенсивность фотолюминесценции QaAs/AlGaAs многослойных структур, зыращенных методе» ЫОС гвдридной элэтаксии. ОЭДект увеличения рантового выхода фотолюминесценции для GaAs/AlGaAs многослойных структур объясняется пассивацией в основном безыелучательных дебетов на гетерограницах.

9. Обнаружено, что обработка в водородной плазме полевых CaAs транзисторов с барьером Шоттки, содержащих дефекты в приконтактней области полупроводника приводит к улучшению статических и CîTl па-рдшгрш транзисторов, что объясняется пассивирующим вдзшннем ато-ыарнсго водорода.

10. Показано, что обработка в водородной пдазмэ преобразователей Холла на основе эннтаксиального GaAs приводит к сяилгнию остаточного напряжения при возрастании входного сопротивления преобразователей вследствие образования нейтральных комплексов водорода с мелкими и глубокими центрами в злитаксиадьнсм слое GaAs,

Результаты диссертационной работы опубликованы в следующих работах;

1. ВумайЮ.Д., Вияькощий В,А., Ломаневашй Д.С., Горупа К.О., Ульяшик А.Г., Иакин И.А., Шюпак П.В. Взаимодействие водорода с электрически активными центрами в кремнии и арсеииде галлия. // Шестая Всесоюзная конференция но фиэгосо-хлмическим основам легирования полупроводников!® материалов. Tes. докл. -М. : Наугл. -1988. - С.175-176.

Витау Y.A., Donanevskii O.S., VllkotsMi V.A., Ulyeshln A.Q,,

13

Shlopak M.V. Effects of atonic hydrogen on the electron structure of shallow Impurities in 6aAs and Si. In: Abstracts of the Third Int. Conf. on Shallow Impurities In Semicond. 1988.- Sweden. Linkopir,g.-1988, Aug.10-12.- P.II.29

3, Buinay Ï.A., Vilkotskii V.A., Qorupa K.S., Domanevskil D.S., Ulyashln A.Q., Shakin I.A., Shlopak W.V. Effects of atomic hydrogen on electrical properties of GaAs. In: Proc. 19th Int. Ccnf. Phys. Semiconductors, ed W. Zawadzki (Warsaw: Inst, of Phys. Polish Academy of Sci.) - 1988. - V.2. - P. 1179-1182.

4. Бумай Ю.А., Ульяшин А.Г., Шакин И.А., Шлопак H.В. Влияние обработки в водородной плазме на электрофизические свойства кремния, легированного фосфором. // ФТП. - 1990. - Т.24, вып.12. -С.2141-2144.

Б. Бумай Ю.А., Вилькоцкий В.А., Мозгунов А.Ф., Ульяшин А.Г., Черный В.В., Шакин И.А., Шлопак Н.В. Влияние обработки в водородной плазме на свойства полевых транзисторов на основе арсениде галлия // Письма в КТФ. - 1991. - Т.17, вып.11. - С.14-17.

6. Шлопак Н.В., Бумай Ю.А., Ульяшин А.Г. Электрические свойства облученного ï-квантами гидрогенизированного n-Si. // Письма в ЖТФ.1991. - Т.17, вып.22. - С.25-29.

7. Shlopak N.Y., Bumai Yu.A., Ulyashln A.6. Hydrogen passivation of r-induced radiation defects in n-type Si epilayers. // Phys. stat. solidi (a). - 1993. - V.137, Hoi. - P.165-171.

8. Bumai Yu.A., Yavlch B.S., Sinitsyn M.A., Ulyashln A.G., Shlopak N.V., Krasovskli Y.V. Enhancement of Photoluminescence Intensify in MOCVD-Grown GaAs/AlGaAs Quantum Wells by Hydrogénation

//•Phys. stat. solidi (b). - 1993. - V.178, Nol. - P.K57-K59.

9. Shlopak N.V., Ulyashln A.G., Bumai Yu.A. Light-induced dissociation of P-H complexes in hydrogenated n-type Si. // Phys. stat. solidi (b). - 1993. - V.178, No2. - P.289-294.

10.Драгун И.И., Ладутько Т.Б., Ульяшин А.Г., Шлопак Н.В., Шох В.Ф. Влияние гидрогенизации на параметры преобразователей Холла, сформированных на основе эпитаксиальных структур арсенида галлия. В сб.: Физика и технология тонкопленочных полимерных систем. Пружаны. 26-28 мая 1993. Гомель. 1993. - С.65-66.

11.Shlopak N.V., Ulyashln A.G., Bumai Yu.A., Gelfand R.B. Elect-

ron, т-гау and light irradiation effects on hydrcgenated n-type c-Sl // Abstracts of the Eighth int. School on Vacuum, Electron and Ion Technologies (VEIT'93). 26 Sept.-1 Oct. 1093. -Bulgaria. Varna. - 1G93. - P.3-4.

12.Bumal Yu.A., Yavich B.S., Sinitsyn H.A., Ulyashin A.Q., Shiopak N.V. Hydrogen plasma effect on the photolumlnlscence of MOCVD-grown AlßaAs/GaAs and InGaAs/GaAs multilayer structures. // Abstracts of the Eighth Int. School on Vacuum, Electron and ion Technologies (VEIT'93). 26 Sept.-l Oct. 1693. - Bulgaria, Varna. - 1933. - P. 16.

13.Бумай Ю.А., Явич B.C., Синицин M.M., Ульяшин А.Р., Шдопак Н.В., Воронин В.Ф. Влияние гидрогенизации на Фотолюминесценцию структур QaAs/AlGaAs с квантовыми ямами // ФШ. - 1994. -Г.27, вып.2. - С. 276-283.

14.SWopak N.V., Ulyashin A.G., Buinai Yu.A. Hydrogen effects cm the electrical properties of the electron-Irradiated n-typs SI epilayers. // Nucl. Instrum. and Meüi. Phys. Res. - 1394. -(принято в печать).

Цитированная литература:

1. Peaiton S.J., Corbett J.W., Stavola M. Hydrogen In Crystallina Semiconductors.- Berlin: Springer-Verlag, 1092.- 333c.

2. Рейьи К. Дефекты и примеси в полупроводниковом креинии: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 475с.

ШЛОПАК Николай Владимирович

ВЛИЯНИЕ АТОМАРНОГО ВОДОРОДА НА СВОЙСТВА КРЕМНИЯ, АРСЕНВДА ГАЛЛИЯ И СТРУКТУР НА ИХ ОСНОВЕ

01.04.10 - Физика полупроводников и диэлектриков

Автореферат диссертации на соискание ученой . степени кандидата физико-математических наук

___;____:______Корряктор М.Н.лнтонова__________;_______

Подписано в печать 06.04.94. Формат 60х841/16. Бумага тип. й 2. Офсет, печать.

____Усл.пач.л. 0-,9. Уч.-изд.л. ,0.7,„Тир. 10,0. Зэк. 418.________

Белорусская государственная политехническая академия. Отпечатано на ротапринте ЕГТ1А. 220027, Минск, пр. Ф.Скорины, 65.