Спектроскопия фотоотражения полупроводниковых структур на основе арсенида галлия и фосфида индия

• Автор: Боков, Павел Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Глава 1. Теория фотоотражения полупроводниковых структур. Типы спектров фотоотражения и методы их анализа
1.1. Эффект Франца-Келдыша
1.2. Типы спектров фотоотражения
1.3. Анализ многокомпонентных спектров фотоотражения
1.3.1. Анализ модуля изменения коэффициента отражения
1.3.2. Фазочувствительный анализ спектров фотоотражения
1.3.3. Фурье-анализ спектров фотоотражения
1.4. Основные трудности модуляционной спектроскопии
Глава 2. Методика эксперимента
2.1. Методы регистрации спектров фотоотражения
2.2. Автоматизированная установка для регистрации спектров фотоотражения с использованием двойного монохроматора
2.3. Программное обеспечение для анализа спектров фотоотражения
2.4. Регистрация спектров комбинационного рассеяния света
Глава 3. Исследование методом фотоотражения легированных полупроводников 1пР и ваАв
3.1. Исследование процесса активации примеси в легированных имплантацией ионов подложках 1пР и ОаАэ
3.1.1. Исследование 1пР, легированного ионами бериллия
3.1.2. Исследование ваЛь, легированного ионами марганца
3.2. Исследование пленок ваАз, легированных кремнием
Глава 4. Исследование методом фотоотражения гетероструктур СаАз/АЮаАв с квантовыми ямами

4.1. Исследование электронных переходов в нелегированных гетероструктурах СаАэ/АЮаАз с одиночными квантовыми
ямами
4.1.1. Спектры фотоотражения нелегированных гетероструктур с квантовыми ямами
4.1.2. Расчет энергий межзонных переходов в одиночных квантовых ямах
4.1.3. Параметр уширения линий в спектрах фотоотражения нелегированных структур с одиночными квантовыми
ямами
4.2. Исследование электронных переходов в нелегированных гетероструктурах ОаАз/АЮаАэ с двойными квантовыми
ямами
4.2.1. Исследование электронных переходов в двойных квантовых ямах
4.2.2. Исследование электронных переходов в двойных квантовых
ямах с разной толщиной центрального барьера
4.3. Исследование электронных переходов в одиночных й
двойных квантовых ямах ОаАэ/АЮаАз с модулированным легированием барьеров
4.3.1. Модулировано легированные гетероструктуры
4.3.2. Самосогласованный расчет энергий и вероятностей межзонных переходов в модулировано легированных гетероструктурах с квантовыми ямами
4.3.3. Спектры фотоотражения модулировано легированных гетероструктур с квантовыми ямами
Заключение. Основные результаты и выводы
Литература

Полупроводниковые структуры на основе арсенида галлия и фосфида индия в настоящее время широко используются для создания фотодетекторов, оптических модуляторов, мощных и сверхбыстрых транзисторов и других приборов опто - и наноэлектроники.
Одним из важных технологических процессов при изготовлении такого рода структур является легирование. К числу эффективных методов легирования относят имплантацию ионов с последующим термическим отжигом. Преимущества данного метода [1] состоят в контролируемости пространственного распределения примеси, локальности легирования, возможности точной дозировки примеси, высокой воспроизводимости дозировок. Особый интерес представляет модулированное легирование, которое позволяет изготавливать полупроводниковые структуры с высокой подвижностью носителей.
Так как оптические свойства полупроводников тесно связаны с их электрофизическими свойствами [2-4], для неразрушающей диагностики легированных полупроводниковых структур могут быть использованы оптико-спектроскопические методы, такие как комбинационное рассеяние света, фотолюминесценция, спектроскопия поглощения, методы модуляционной спектроскопии.
Новый этап в развитии полупроводниковой опто- и наноэлектроники связан с применением квантово-размерных гетероструктур, в том числе, структур с квантовыми ямами [5]. Согласно теоретическим расчетам [6 - 7], квантование электронов и фононов в квантовых ямах должно уменьшать электрон-фононное взаимодействие и тем самым приводить к повышению подвижности электронов. Последнее должно способствовать уменьшению пороговых токов и увеличению квантового выхода полупроводниковых излучателей (светодиоды, полупроводниковые лазеры), улучшению соотношения «сигнал/шум» фотоприемников, росту

механическими напряжениями, т.к. каждый из указанных случаев дал бы соответствующий вклад в сдвиг линии Е8+Д50 (см. рис. 3.2). В тоже время, по мере роста температуры отжига не наблюдается смещения линии Е8+Д50. По-видимому, наблюдаемый сдвиг связан с тем, что в дополнение к донорным уровням у дна зоны проводимости добавляются акцепторные уровни около потолка валентной зоны (Еа на рис. 3.2). При этом из-за появления акцепторных уровней, энергия перехода ЕЁ будет уменьшаться на величину энергии активации акцептора Еа. В тоже время, появление этих уровней никак не должно влиять на энергию перехода Ец+Д50.
Величина скачкообразного сдвига фундаментального края поглощения Е8 составляет 27 мэВ, что хорошо согласуется с литературными данными по энергии активации бериллия в 1пР (в каталоге [63] приводится значение 30 мэВ).
Для описания среднеполевых спектров образца, отожженного при температуре 800 °С, мы использовали приближение Аспнеса и Штудны (1.6). На рис. 3.4 приведена зависимость положения экстремумов осцилляций Франца-Келдыша от Т7} (1.7 - 1.8). Как видно, зависимость хорошо аппроксимируется прямой линией.
Считая межзонную эффективную массу ц (1.5) равной 0.071те [59] для переходов между зоной проводимости и подзоной тяжелых дырок валентной зоны, мы определили электрооптическую энергию ЙО, величину встроенного поля Е5 и энергию фундаментального перехода Е& для указанного образца. Эти величины составили ЙО = (16±1) мэВ, й^=(50±5) кВ/см и ££=(1.31±0.01) эВ.
Используя связь (1.9) встроенного поля Е5, поверхностного потенциала У$ и концентрации легирующей примеси N мы оценили концентрацию ионизированной примеси в 1пР, легированном имплантацией ионов. Она составила 2.2-1016 см'3.