Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В последние годы опачителыю вопрос интерес к легированию полупроводников нетрадиционными примесями: редкоземельными 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 оа-прещенпой оопе. Получающие элементы ИК-диапаэона разрабатываются на основе соединений A.'"BV, легированных редкоземельными примесями.
Несмотря на достаточно интенсивные исследования полупроводников, содержащих редкооемельные элементы и иоовалентные примеси, ряд важных вопросов к моменту постановки данной работы оставался открытым. Так, например, было недостаточно изучено поведение основных легирующих примесей (В, Р) в Si:HBII. Учитывая, что для изготовлении приемников ИК-иолучения используется кремний, выращенный методом Чохральского и легированный золотом, важным представляется выяснение влияния иоовалентных примесей (Ge,C) 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 оначимость 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 зпитаксиальные слои GaP, выращенные методом жидкофаоной впитаксии ио раствора-расплава на основе In, а также влияние на их основные свойства редко-оемельных элементов.
Требуют дальнейшего иоучения вопросы вооможности управления дефектно-примесным составом полупроводников (Si, GaP), 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 физических основ соодания и иоучения одиночных низкоравмер-ных элементов на основе примесно-дефектных комплексов и кластеров с целью управляемой модификации локальных объемов полупроводниковых материалов" (N гос.рег.19963061) и "Разработать новые фиоико-технологические методы внутреннего генерирования и управления диффузией примесей с целью улучшения эксплуатационных параметров полупроводниковых материалов и структур и повышения их термической и радиационной ctohkocth"(N гос.рег.19941333); Полоцкого государственного университета по программам "Физика информационных процессов" (N гос.рег.19941643) и "Физика фундаментальных исследований" (N гос.рег.1994948).
Целью работы являлось установление роли редкооемельных и иоо-валентньгх 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 оадачи:
исследовать взаимодействие Ge с технологическими и легирующими примесями в монокристаллическом кремнии;
выявить особенности влияния редкоземельных элементов (Dy, Ег) па дефектпо-примеспый состав кислородсодержащего кремния;
установить роль лантаноидов и иоовалентных примесей в процессах дефектообраоования в опитаксиальных структурах АЮаР и GaP.
В процессе выполнения работы получен ряд важных результатов, обладающих научной новионой, которая (заключается в следующем:
- установлено, что легирование кремния редкооемельными эле
ментами приводит к уменьшению микротвердости монокристаллов;
- при высокотемпературной обработке микротвердость крем
ния, содержащего РЗЭ, возрастает значительно сильнее, чем в не-
легированпых кристаллах;
впервые обнаружено, что легирование кремния 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 Ge 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 Si, полученным в атмосфере аргона;
покапано, что введение РЗЭ в расплав GaP приводит к образованию дополнительных дефектно-примесных акцепторных центров, не включающих в свой состав атомы лантаноидов;
в опитаксиальных слоях AlGaP обнаружены микровключения GaP с размерами, превышающими 30 А.
Практическая и экономическая значимость диссертационной работы определяется тем, что полученные данные о поведении ланта-
ноидов и иоовалентных примесей в кремнии и фосфиде галлия, могут быть испольооваиы при совершенствовании технологии получения полупроводниковых материалов (в частности, монокристаллов Si и епитаксиальных слоев GaP) бео кардинального изменения самого процесса выращивания.
Основные положения, выносимые на оащиту:
-
Экспериментальное подтверждение и фиоическое обоснование оакономерностей иоменения редкоземельными и иоовалентными примесями дефектно-примесного состава монокристаллического кремния;
-
Докаоательство участия лантаноидов в формировании акцепторных дефектов в епитаксиальных слоях фосфида галлия;
-
Наличие микровключений фосфида галлия в епитаксиальных слоях AlGaP, полученных кристаллиоацией ио 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 экспериментов и обсуждении реоультатов. Обработка и интерпретация данных, а также выводы сделаны автором лично.
Апробация и опубликованность реоультатов. 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 фиоико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния ("Кремний-96" Москва, 19-22 ноября, 1996 г.), на семинарах кафедры фиоики Полоцкого государственного университета и кафедры фиоики полупроводников Белгос-увиверситета. 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 испольоованных источников. Объем диссертации составов-
ет 118 страпиц, в том числе 25 иллюстраций и 7 таблиц. Список испольоовапных источников включает в себя 160 наименований.
