Неразрушающая диагностика электронных свойств структур на основе SiC и GaAs/AlGaAs

• Автор: Титков, Илья Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 118 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1. Индуктивный метод определения удельной проводимости и подвижности в монокристаллах 81С
1.1 Введение
1.2 Экспериментальная установка
1.3 Объект исследования
1.4 Физическое обоснование
1.5 Результаты и их обсуждение
2. Микро-искровой метод измерения времени жизни неосновных носителей в монокристаллах и эпитаксиальных пленках 81С
2.1 Введение
2.2 Экспериментальная установка
2.3 Физическое обоснование
2.4 Результаты и их обсуждение
3. Оптические методы
3.1. Введение
3.2. Определение уровня легирования и подвижности свободных носителей в БЮ
методом отражательной дифференциальной УФ спектроскопии
3.2.1 Экспериментальная установка
3.2.2 Физическое обоснование
3.2.3 Результаты и их обсуждение
3.3. Применение двулучевой просвечивающей ИК спектроскопии для измерения
спектров межподзонного поглощения в квантово-размерных гетероструктурах ОаАя/Аф-Оа^хАз
3.3.1 Особенности оптики двумерных структур
3.3.2 Структура с туннельно-связанными квантовыми ямами
' 3.3.3 Методика эксперимента
3.3.4 Результаты и их обсуждение
3.3.5 Структура с простыми прямоугольными квантовыми ямами.
Заключение
Литература

Введение
Актуальность темы
В физике полупроводников в настоящее время быстро развиваются такие направления как исследование квантово-размерных структур и широкозонных полупроводниковых материалов, а также разработка новых приборов на их основе.
Первое направление в основном связано с разработкой лазеров, фотоприемников и модуляторов света инфракрасного (ИК) диапазона. Наряду с приборами ближнего ИК-диапазона, основанными на межзонных переходах электронов в наноструктурах, активно развиваются приборы среднего ИК-диапазона на межподзонных переходах. Длины волн, соответствующие межподзонным (т е. происходящим в пределах валентной зоны или зоны проводимости) переходам в квантовых ямах полупроводниковых гетероструктур, обычно лежат в средней и дальней ИК областях спектра (X > 5 мкм). Изменение конструкции квантовых ям приводит к изменению электронного энергетического спектра, что позволяет обнаруживать новые явления и создавать оптоэлектронные приборы на межподзонных переходах, работающие в заданной области светового спектра. Классическим примером применения межподзонных переходов в оптике являются фото детекторы среднего ИК диапазона [1], а также два типа лазеров дальнего ИК диапазона: “каскадный” и "фонтанный" [2], [3] с токовой и оптической накачками соответственно. Межподзонные переходы электронов в квантовых ямах также используются для модуляции интенсивности излучения, проходящего через структуру [4], [5]. Если фотоприемники на квантовых ямах уже широко используются, то лазеры и модуляторы среднего и дальнего ИК диапазонов, активно разрабатываемые последние 10 лет, существуют лишь в отдельных экземплярах в научных лабораториях. На многочисленных конференциях и в журналах постоянно предлагаются новые конструкции подобных приборов, призванные повысить их эффективность и расширить диапазон рабочих параметров (температура, быстродействие, длина волны и т.д.). Следовательно, в исследовательских лабораториях возникает потребность в диагностических методиках, адаптированных к новым объектам исследования (различным конструкциям квантово-размерных

структур). В силу специфики этих объектов, особенно привлекательны бесконтактные оптические методы определения параметров наногетероструктур, в частности энергетического межподзонного спектра носителей заряда. Наиболее ощутима потребность в относительно простых методиках, которые были бы доступны любой лаборатории.
Значительное место в работах по второму направлению занимают исследования таких полупроводников как карбид кремния (Бй') и нитрид галлия (Оа1Ч). Интерес к широкозонным материалам вызван тем, что развитие современной энергетики и космической техники требует создания полупроводниковых приборов, способных работать при повышенных температурах и высоких уровнях ионизирующего излучения. К усовершенствованию технологии и диагностики карбида кремния во всем мире прилагаются большие усилия. За последние несколько лет они привели к поразительным успехам в разработке новых электронных приборов [6]. В частности, на основе карбида кремния были созданы 1) коротковолновые оптоэлектронные приборы (желтые, зеленые, красные, светодиоды; ультрафиолетовые фотоприемники). 2) высокотемпературные
электропреобразовательные приборы (диоды, полевые транзисторы, р-п-переходом, п-МОП транзисторы со встроенным и индуцированным каналом, биполярные транзисторы и тиристоры), 3) высокочастотные приборы (микроволновые транзисторы с затвором Шоттки), 4) элементы длительного хранения информации (транзисторные ячейки памяти для перепрограммируемых запоминающих устройств).
кристаллизуется в виде большого числа отличающихся по свойствам политипных модификаций, которые можно рассматривать как целый класс полупроводниковых материалов. Химическое соединение углерода и кремния в решетке карбида кремния характеризуется сильной ионно-ковалентной связью, которая придает ему уникальные физико-химические свойства. Так, по твердости карбид кремния уступает только алмазу и карбиду бора. При температурах до 300 -400°С он практически не взаимодействует ни с одним из известных травителей для других полупроводниковых материалов. Сильная связь является причиной низких коэффициентов диффузии большинства примесей и повышенной устойчивости к

Из литературных данных следует, что в области малых концентраций примеси, где подвижность электронов перестает зависеть от легирования (определяется рассеянием на фононах), а ~ (Nd-Na). В области высоких концентраций примеси опять появляется участок и ~ (Nd-Na), где проводимость определяется уже движением электронов по примесной зоне [27]. К сожалению, мы не располагали образцами, позволяющими выявить эти участки. Однако для среднего уровня легирования оказалось, что хорошую аппроксимацию дает полином третьей степени в логарифмическом масштабе (см. рис 1.13).
Сравнительно низкая проводимость кристалла CREE объясняется низкой подвижностью электронов вследствие его сильной дефектности [А5]. Однако заметим, что фрагмент подложки CREE, находившейся в нашем распоряжении, был выбран специально, как самый высоко-дефектный для контраста с образцами Лэли. Качество данного кристалла не ставит под сомнение качество технологии выращивания монокристаллов, разработанной фирмой CREE Research Inc.
Имея возможность определить из рисунка 1.9-, концентрацию свободных носителей и используя измеренные а, можно построить зависимость подвижности свободных электронов от концентрации Nd-Na (рис. 1.14). Плавная кривая на рисунке
1.14- подгонка экспериментальных точек с помощью формулы:
Формула 1.8 записана в предположении, что при данной температуре работают два основных механизма рассеяния: на фононах (при концентрациях ^ меньших К0) и на заряженных примесях (при концентрациях N0 - ^ больших N0).

(1.8)