Исследование структурных дефектов монокристаллического арсенида галлия рентгенотопографическим методом на основе эффекта Бормана

• Автор: Буйлов, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Великий Новгород
• Количество страниц: 242 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Исследование дефектов структуры монокристаллического

арсенида галлия (обзор литературы)

1.1 Основные параметры, физические свойства, получение и применение арсенида

1.2 Дефекты структуры монокристаллического арсенида галлия

1.3 Прямые методы обнаружения и исследования дефектов структуры (методы селективного травления, декорирования, электронной просвечивающей микроскопии, ИК-микроскопии, рентгеновской топографии) в арсениде галлия

1.4 Проблемы теории контраста

1.5 Выводы и постановка задач диссертационного исследования

Глава 2 Аппаратура и методики эксперимента

2.1 Аппаратура и камеры для рентгенотопографического анализа дефектов в СаЛэ методом АПРП
2.2 Розеточная методика исследования дефектов в ваАв.
2.3 Исследование дефектов структуры арсенида галлия с
помощью ИК-микроскопии и металлографических наблюдений
2.4 Приготовление и контроль качества поверхности образцов
2.5 Выводы
Глава 3 Компьютерное моделирование бормановского контраста
интенсивности от прямолинейных дислокаций и когерентных
включений второй фазы в арсениде галлия
3.1 Расчет контраста интенсивности от дефектов кристалла с
медленно изменяющимися полями деформаций

3.2 Расчет контраста интенсивности от винтовых дислокаций
3.3 Расчет контраста интенсивности от краевых дислокаций
3.4 Расчет контраста интенсивности от когерентных включений
3.5 Выводы
Глава 4 Исследование рентгенотопографического контраста от
индивидуальных дефектов монокристаллического арсенида галлия в условиях эффекта Бормана
4.1 Контраст интенсивности от краевых дислокаций
4.2 Контраст интенсивности от дислокаций винтового типа
4.3 Контраст интенсивности от микродефектов
4.4 Выводы
Глава 5. Применение рентгенотопографического и оптических
методов для исследования дефектов структуры монокристаллов арсенида галлия
5.1 Исследование дефектов структуры монокристаллов арсенида галлия, легированных
индием, хромом и теллуром методом АПРЛ
5.2 Исследование дефектов структуры монокристаллов арсенида галлия методами ИК-микроскопии и металлографических наблюдений
5.3 Использование результатов рентгенотопографирования для получения некоторых количественных характеристик
5.4 Практические рекомендации по применению метода АПРЛ и его дальнейшее развитие
5.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
В современной твердотельной микроэлектронике значительное место принадлежит арсениду галлия благодаря более высоким показателям электрофизических свойств, чем у элементарных полупроводников ве и Бт Сравнительная простота получения материала с хорошими изолирующими свойствами, неплохими теплофизическими характеристиками и высокой прозрачностью в инфракрасной области спектра в сочетании с рядом параметров (достаточно большой шириной запрещенной зоны, высокой подвижностью электронов, возможностью прямых межзонных переходов носителей заряда), обеспечивают разнообразное применение этого материала для изготовления широкой гаммы изделий микроэлектроники. Особый интерес вызывает применение арсенида галлия для создания СВЧ-лриборов, сверхбыстродействующих интегральных схем (ИС), превосходящих ИС на основе кремния по быстродействию при одновременном снижении энергопотребления. Большинство параметров полупроводниковых материалов являются "структурно-чувствительными", те. проявляют зависимость основных электрофизических свойств не только от содержания посторонних примесей, но и от степени совершенства кристаллического строения. Дефекты структуры оказывают существенное влияние на характеристики, а также эксплуатационную надежность полупроводниковых приборов. В связи с этим к совершенству структуры полупроводников предъявляются исключительно высокие требования. Для создания ИС и других приборов на основе арсенида галлия требуются монокристаллы с плотностью дислокаций не превышающей 102-103 см'2. Для ряда применений необходимы бездислокационные монокристаллы больших размеров. Во многих случаях лимитируется содержание собственных точечных дефектов и их скоплений, дефектов упаковки и требуется равномерность распределения остаточных дефектов и стабильность микронеоднородностей в объеме монокристаллов.

ком и теллуром, оба типа примеси увеличивали энергию ид винтовых и 60-градусных а-дислокаций и уменьшали ия р-дислокаций. Наблюдалось резкое увеличение подвижности винтовых дислокаций в СаАв^п) при концентрации цинка до С2п~Ю18 см3 и резкое снижение подвижности дислокаций в СаАз(Те) (примерно на два порядка), что существенно превосходит эффект влияния легирующих примесей на подвижность дислокаций в кремнии и германии.
Влияние легирующих примесей на макроскопическую пластичность соединений А|,,В'/ в области температур Т<700°С существенно отличается от наблюдаемого в элементарных полупроводниках [35], Исследование деформации и ползучести в ваАв показало возрастание энергии активации движения ид при легировании донорными примесями (Те, Бе, Б, ве, ЭР Бп), и снижение 1)я при легировании акцепторными примесями. Все донорные примеси упрочняли кристаллы (увеличивали предел текучести, уменьшали скорость ползучести). Отмечено, что легирование ваАв хромом до концентрации ССг~1017см'3 приводит лишь к некоторому увеличению предела текучести. В [35] показано уменьшение анизотропии пластической деформации, обусловленной преобладанием а- или р- дислокаций в образце, при легировании ОаАэ примесями обоих типов.
Растровый электронный микроскоп в режиме микрокатодолюми-нисценции (МКЛ) и проекционное травление в [37] использовались для иссследования в легированных кристаллах СаАэ зависимости морфологии дислокационных следов и контраста изображения дислокаций от температуры деформации и термообработки образца. В образце по характеру следов травления и контраста изображений введенных дислокаций различались "высокотемпературные" и "низкотемпературные" дислокации.
В обзорных статьях [38,39] обобщены результаты экспериментальных исследований расщепленных дислокаций в кубических кри-