Введение к работе
Актуальность темы. Обладая рядом преимуществ по сравнение . традиционными полупроводниковыми материалам Si и Ge, GaAs испо -льзуется для изготовления широкого спектра оптоэлектронных приборов и прнборо: СВЧ техники. Важнейшими преимуществами GaAs,позволяющими при его использовании реализовать новые технические идеи, является высокая подвижность носителей заряда, значительная ширина запрещенной зоны, прямозонная структура, высокая диэлектрическая проницаемость.
Однако реализация этих преимуществ сопряжена с рядом техно -логических трудностей, которые обусловлены значительной структурной неоднородностью подложек GaAs, низкой термостабильность» кристаллов, недостаточным пониманием роли структурных дефектов в формировании электрофизических свойств на отдельных стадиях созда -ния приборных структур.'
Для решения этих проблем необходима надежная диагностика структурных дефектов, процессов их образования и взаимодействия в ходе технологических воздействий, развитие как традиционных, так и новых методов контроля структуры GaAs и эпитакспальных композиций на-его основе. К числу традиционных методов контроля совершенства GaAs относится селективное травление. Однако ряд аспектов селективного травления в применении к криста. :ам и эпитаксиальным композициям GaAs, ориентированного в направлении <100>, остается неясным и требует дальнейшего развития. Недостаточно изучены особенности взаимодействия селективных травителей с эпитаксиальными композициями, мало данных по кинетике травления GaAs в используемых для выявления дефектов на поверхности С100) селективных тра -вителях, отсутствует анализ результатов применения селективного травления к выявление таких практически важных структурных дефектов, как эпитаксиалькые границы.
Актуальной для технологии СВЧ - устройств на GaAs является проблема повышения термостабильности полуизолирующих СПИ)- подложек. Для решения этой проблемы необходимо дета .ьное изучение процессов ^фектообразовання и перераспределения точечных дефектов в кристаллах GaA-- в результате термообработки СТО), а также свя -зи этих процессов с электрофизическими параметрами материала.
Цельс работы явля). ,сь развитие метода селективного травления
применительно к ориентированным в направлении <100> монокристал -лам GaAs и эпитаксиальным композициям на основе А В , а также изучение посредством селективного травления в комплексе с друпші. методами системы структурных дефектов GaAs и ее изменения под действием высокотемпературных обработок.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Обнаружено отличие селективного травления гомоэпятаксиальнш композиций GaAs, полученных методами хлоридной и МОС - гидридноЛ эпитаксии, в сравнении с монокристаллическим материалом, выражающееся в существенно меньшей скорости травления эпитаксиальных композиций в расплавах гидроксидов и в невозможности формирования контрастных следов дислокаций при травлении эпитаксиальных слоев в растворе Абрахамса-Бызоччи CAB-растворе).
Экспериментально установлено влияние типа подложки на конт -растность выявленной селективным травлением линии границы подложка-слой в гомоэпитаксиальных композициях на GaAs и InP.
Экспериментально установлено влияние уровня фоновых примесей в нелегированном слое на результаты выявления селективным травлением границы ПИ-подложка - слой для гомоэпитаксиальных композиций на GaAs и InP.
Показано, что ТО кристаллов ПИ- GaAs с плотностью дислокаций ИдСсред.)>6-104см в интервале температур С650-900)"С приводит к формировании вокруг стенок дислокаций протяженных областей, обедненных точечными дефектами С центрами безызлучательной рекомбинации ), в результате чего происходит возрастание времени анзни неосновных носителей заряда т^ в два раза более.
Установлено,что перестройка ансамбля точечных дефектов, происходящая при ТО кристаллов ПИ- GaAs с низким содержанием хрома в интервале температур С650-900)С, включает в себя, наряду со стоком дефектов на дислокации, микропреципитацию растворенного в матрице избыточного мышьяка.
Практическая и экономическая значимость работы:
Полученные корреляционные зависимости скоростей травления <100>-GaAs в расплавах гидроксидов СКСН и KOK+flaOH) ц в АВ-раст -поре использованы при оптимизации методик контроля совершенства эпитаксиальных слоев и объемного материала с псмстье селективного травления, что позволило сократить время обработки образцов пр;: повышенных температурах и расходы реактивов, а такг.о добить-} по-
-J-вышения воспроизводимости результатов измерении.
Результаты исследования дислокационной структуры монокристаллов и эпитаксиальных композиций GaAs могут быть использованы для разработки критериев отбраковки при проведении операции входного контроля подложек, что позволит увеличить процент выхода годных изделий.
Установленные ка основе изучения ряда селективны:-: травителея и электролитов оптимальные условия выявления границ слоев в эпи -таксиальных композициях на GaAs и InP и глубины травления материала за время обработки позволили повысить точность контроля тол -тины слоев при изготовлении приборов по эпитаксиаяьнсл технологии.
Данные по воздействие ТО на структуру ПИ-GaAs могут быть использованы для оптимизации процессов выращивания и технслогпчес -кпх высокотемпературных отжигов кристаллов с целью улучшения их электрофизических характеристик и повышения воспроизводимости параметров приборов, изготавливаемых на таких кристаллах.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Установленкыё_"ссобенности действия расплавов гидроксидов С КОН и KOH+NaOH) и АВ-раствсра ка полученные методами хлсридной и МОС-гидридной эпитаксии гомоэпитаксиальные. композиции GaAs в сравнении с монокристаллами.
-
Модель формирования при селективном травлении изображения границы подложка - слей п - типа для эпитаксиальных композиций на GaAs и InP, учитывающая действие двух факторов : локального изменения скорости травления в области границы и различия в скоростях травления п - и п - областей.
-
Зависимость действия ТО в интервале температур (650-900/0 на рекомбинациенныэ свойства Ш - GaAs от плотности дислокаций в исходных кристаллах : при ТО кристаллов с плотностью дислокаций, превышающей 6-1C*cm"*", происходит формирование вокруг дислокационных стенок протяженных областей, обедненных точечными дефектами, в результате чего врс-мя жизни неосновных носителей заряда С ННЗ ) возрастает в два раза и более.
-
Трансформация под действием ТО в интервале температур (650-900,С ансамбля точечны^-х дефектов в ПИ-GaAs с высокой дис -локационной плотностью и низким содержанием хрома (Ид(сред.) > 6-104см~2, содержание хрома менее 5-10"5мас. */.) приводит к возрастание структурной неоднор.дностн, в частности, к образовании вокруг
-4--тенок дислокационной сетки областей , обедненных точечными дефектами за счет стока их на дислокации,и к формированию внутри ячеек дислокационной сетки разупорядоченных областей за счет процессов микропреципитации избыточного мышьяка.
Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих совещаниях и конференциях : XII Всесоюзном совещании "Применение колебательных спектров к исследованию неорганических л координационных соединений "СМинск, 1989 г.), VII Международной конференции по микроэлектронике "Microelectronics' 90" С Минск, 1990 г.), International Conference of Microelectronics С Poland, Warsaw. 1992), 8-th International Conference on Semi - Insulating III-V Materials С Poland. Warsaw. 1994 ).
По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, описок которых приведен ь конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, основных выводов и списка литературы из 220 наименований. Она содержит 143 страницы машинописного текста, в том числе 26 рисунков и 9 таблиц.
