WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 9 Радиационно-стимулированная релаксация внутренних механических напряжений в гомоэпитаксиальных пленках фосфида галлия © П.А. Генцарь¶ Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарёва Национальной академии наук Украины, 03028 Киев, Украина (Получена 19 декабря 2005 г. Принята к печати 9 февраля 2006 г.) Методом электроотражения исследованы электронные переходы E0, E0 + в гомоэпитаксиальных 0 60 пленках n-GaP (111) с концентрацией электронов 5.7 · 1023 м-3 до и после облучения -квантами Co в интервале доз 105-106 рад при комнатной температуре с использованием электролитической методики.

Наблюдалось расщепление низкоэнергетического экстремума после облучения. Уменьшение внутренних механических напряжений в пленке под действием -облучения оценивалось по изменению энергии электронного перехода и столкновительного параметра уширения. Оценено также увеличение времени энергетической релаксации носителей заряда после облучения.

PACS: 61.80.Ed, 71.70.Ej, 78.20.Jq, 81.40.Wx В современной электронной технике и физических спектральной области 2.5-3.2 эВ, включающей прямые исследованиях используется гетероэпитаксиальное оса- переходы E0 ( - ) и E0 + ( - ) в непо8V 6C 0 7V 6C ждение полупроводниковых пленок. Характерной чертой ляризованном свете, поскольку для поверхности (111) гетеросистем является присутствие в них внутренних поляризационная зависимость электроотражения отсутмеханических напряжений. Эти напряжения, возникаю- ствует.

щие из-за несоответствия параметров решетки пленки и На рис. 1 показаны спектры электроотражения пленки подложки, а также различия коэффициентов их термиче- до (кривая 1) и после (кривая 2) облучения -квантами.

ского расширения, приводят к различным эффектам: от Для устранения влияния эффекта полевого уширения изменения структуры энергетических зон до возникно- измерения спектров электроотражения выполнены при вения технологических дефектов на границе раздела [1].

одинаковых напряженностях электрического поля в Эти эффекты в процессе работы полупроводниковых образцах (одинаковом постоянном смещении -0.6В).

приборов снижают стабильность последних [2]. Однако Спектр электроотражения необлученной пленки (кривнутренние механические напряжения могут возникать вая 1) состоит из двух пиков — отрицательного и также в гомоэпитаксиальных системах из-за различия положительного. Высокий уровень механических напряконцентраций носителей заряда в пленке и в подлож- жений на гетерогранице и в пленке привел к тому, что ке [3]. Модуляционная спектроскопия электроотражения занимает ведущее место в исследовании зонной структуры твердого тела вследствие высокой разрешающей способности. В сравнении с классической спектроскопией электроотражение более чувствительно к изменениям в энергетическом спектре полупроводника [4,5]. В данном сообщении метод электроотражения использовался для изучения влияния -облучения на внутренние механические напряжения в гомоэпитаксиальных пленках фосфида галлия.

Исследованы спектры электроотражения гомоэпитаксиальных пленок n-GaP (111) с концентрацией электронов 5.7 · 1023 м-3 до и после облучения -квантами Co в интервале доз 105-106 рад. Пленки были получены методом газофазной эпитаксии на подложках n-GaP с концентрацией носителей 1024 м-3 и имели толщину (0.1-5) · 10-6 м. Сигнал электроотражения измеряли при комнатной температуре с использованием электролитической методики (электролит — водный раствор 1N KCl) на частоте первой гармоники модуляции 2.2 кГц с пороговой чувствительностью 5 · 10-6 и спектраль- Рис. 1. Спектры электроотражения пленки n-GaP (111) до (1) и после (2) облучения -квантами дозой 2 · 105 рад. Постоянным разрешением 0.003 эВ. Измерения проведены в ное смещение -0.6 В. Модулирующее напряжение: 1 —0.9, ¶ E-mail: gentsar@isp.kiev.ua 2 — 0.5 В. Потенциал плоских зон 2.1 В.

1052 П.А. Генцарь наблюдается размытый спектр. В нем не разрешаются электронные переходы E0 с энергией 2.74 эВ и E0 + с энергией 2.84 эВ для GaP [6]. В этом случае ширина запрещенной зоны E0 определялась по энергии первого экстремума в спектре, а столкновительный параметр уширения определялся по полуширине данного пика. Полученные значения E0 и для необлученного образца равны 2.772 и 0.146 эВ соответственно. После облучения пленок дозой 2 · 105 рад (кривая 2) механические напряжения уменьшились, система приблизилась к структурно-равновесному состоянию. Наблюдалось возрастание амплитуды пиков и заметное сужение спектра электроотражения. Следует отметить, что кривая 1 получена при модуляции 0.9 В, а кривая 2 — при модуляции 0.5 В. Как известно, при увеличении модулирующего напряжения амплитуда пиков должна возрастать [4]. На эксперименте после облучения наблюдается большая амплитуда сигнала при меньшем модулирующем напряжении (кривая 2).

Рис. 2. Спектр электроотражения пленки n-GaP после обПри увеличении напряженности электрического получения -квантами дозой 2 · 105 рад. Постоянное смещеля в слое истощения облученной пленки (постоянное ние -0.2 В. Модулирующее напряжение 0.5 В.

смещение -0.2В) амплитуда пиков еще более возрастает (рис. 2). Кроме того, изменяются энергетическое положение пиков в спектре электроотражения и энергетическое расстояние между пиками. Пик экстремума E0 Для одноосного сжатия в направлении [111] после облучения пленок (рис. 1, кривая 2) сместился E0 1 = - d, (5) на величину E0 = 0.043 эВ в сторону меньших энер P Cгий. Это значит, что для исходной гомоэпитаксиальной системы в пленке GaP присутствовали внутренние меха- где d — сдвиговый деформационный потенциал; C44 — нические напряжения сжатия.

модуль жесткости; d = -4.5эВ; C44 = 0.705 · 1011 Па При гидростатическом давлении P изменение элек- для GaP [5]. Тогда E0/ P = 0.369 · 10-10 эВ/Па, и тронного перехода E0 равно [5] изменение внутренних механических напряжений в результате -облучения при E0 = 0.043 эВ равно ac - av E0 = V, (1) 11.7 · 108 Па. Следовательно, под действием -облучения V дозой 2 · 105 рад механические напряжения в пленке GaP где ac и av — деформационные потенциалы зоны проуменьшились на величину, среднюю между 4.1 · 108 Па водимости и валентной зоны соответственно; V /V — (гидростатическое давление) и 11.7 · 108 Па (одноосное относительное изменение объема, которое можно записжатие по направлению [111]), т. е. на 7.9 · 108 Па.

сать в виде При приложении постоянного смещения -0.2В по V сле облучения, кроме возрастания амплитуды спектра, = -3 P(S11 + 2S12), (2) V также наблюдается более четкое спектральное разгде S11 и S12 — компоненты тензора упругости, которые решение переходов E0 и E0 +. На рис. 2 хоросвязаны с компонентами тензора жесткости C11 и C12 шо видно расщепление низкоэнергетического экстремусоотношением ма вследствие уменьшения рассеяния носителей заряда и благодаря этому возрастание амплитуды сигна(S11 + 2S12)-1 = C11 + 2C12. (3) ла электроотражения, обусловленного переходами из Используя соотношения (1)–(3), получаем спин-орбитально отщепленной валентной зоны. Разность энергий основного и отщепленного пиков на рис. 2 со E0 -3(ac - av) =. (4) ответствует величине спин-орбитального расщепления P (C11 + 2C12) = - = 0.11 эВ, что хорошо согласуется со зна0 8V 7V Для GaP ac - av = -9.3эВ; C11 = 1.412 · 1011 Па; C12 = чением 0.10 эВ, приведенным в [6]. Уменьшение столкно= 0.625 · 1011 Па [5]. Отсюда получаем значения коэффи- вительного параметра уширения после облучения от циента изменения энергии перехода GaP при гидростати- значения 0.146 до 0.080 эВ свидетельствует о возрастаческом давлении E0/ P = 1.05 · 10-10 эВ/Па. Оценка нии времени энергетической релаксации носителей заряизменения величины внутренних механических напря- да = / от 4.5 · 10-15 до 8.2 · 10-15 с и о стремлении жений в пленке GaP при E0 = 0.043 эВ дает значение исходной гомоэпитаксиальной системы с механическими P = 4.1 · 108 Па. напряжениями к структурно-равновесному состоянию.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Радиационно-стимулированная релаксация внутренних механических напряжений... При увеличении дозы облучения до 106 рад энергии Radiation-stimulated relaxation переходов практически не изменялись, а параметр ушиof an internal mechanical strain рения слегка уменьшался.

in homoepitaxial GaP films Таким образом, результаты исследования спектров P.A. Gentsar электроотражения гомоэпитаксиальных пленок n-GaP показали, что в выращенных газофазной эпитаксией V.E. Lashkarev Institute of Semiconductors Physics, пленках имелись достаточно большие внутренние меNational Academie of Sciences of Ukraine, ханические напряжения сжатия. Под влиянием -облу03028 Kiev, Ukraine чения дозой 2 · 105 рад они уменьшились на величину 7.9 · 108 Па, т. е. произошла радиационно-стимулиро

Abstract

An electroreflectance method based on the electrolyte ванная релаксация внутренних механических напряжеtechnique is used for the investigation of electron transitions E0, ний. В результате уменьшилось рассеяние возбужденных E0 + in homoepitaxial films n-GaP (111) having the electron светом носителей заряда и возросло время их энергетиconcentration 5.7 · 1023 m-3 before and after irradiation by Co ческой релаксации от 4.5 · 10-15 до 8.2 · 10-15 с.

gamma quanta within the dose range of 105-106 rad at the room Неразрешенные электронные переходы E0 и E0 + в temperature. The authors observed the low-energy extremum исходных гомоэпитаксиальных пленках GaP из-за размыsplitting after irradiation. The decrease in internal mechanical тия спектра электроотражения вследствие присутствия в strains inside the films as a result of gamma irradiation was них внутренних механических напряжений разрешились estimated via changes of the electron transition energy and только после радиационно-стимулированной релаксации collision parameter of widening. Also estimated is the time of напряжений. Определенная величина спин-орбитального charge carrier energy relaxation after the irradiation.

расщепления = - = 0.11 эВ совпадает с ли0 8V 7V тературными данными. Полученные результаты могут быть использованы при разработке радиационной технологии изготовления приборов нового поколения на основе гомоэпитаксиальных пленок фосфида галлия.

Список литературы [1] Е.Ф. Венгер, Л.А. Матвеева. Неорг. матер., 33 (2), (1997).

[2] Ю.А. Тхорик. Структурная релаксация в полупроводниковых кристаллах и приборных структурах (Киев, Наук.

думка, 1994).

[3] О.Ю. Борковская, С.А. Груша, Н.Л. Дмитрук и др. ЖТФ, 55 (10), 1977 (1985).

[4] В.А. Тягай, О.В. Снитко. Электроотражение света в полупроводниках (Киев, Наук. думка, 1980).

[5] П. Ю, М. Кардона. Основы физики полупроводников (М., Физматлит, 2002).

[6] M. Cardona, K.L. Shaklee, F.H. Pollak. Phys. Rev., 154 (3), (1967).

Редактор Т.А. Полянская Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.