WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 10 06;07;11 Деградация арсенида галлия при воздействии эксимерного лазера © А.В. Градобоев, А.И. Федоров Институт оптики атмосферы СО РАН, 634055 Томск, Россия E-mail: lfmi@asd.tomsk.su (Поступило в Редакцию 12 июня 1999 г. В окончательной редакции 29 марта 2000 г.) Представлены результаты исследования механизма деградации поверхноcти арсенида галлия в результате воздействия мощного эксимерного лазера с плотностью мощности в диапазоне от пороговой до плотности мощности, приводящей к локальному плавлению поверхности. Выявлено два механизма деградации поверхности, первый из которых связан с формированием тонкого приповерхностного слоя нестехиометрического модифицированного арсенида галлия при плотности мощности лазерного излучения более 1 · 107 W/cm2, а второй — с образованием отдельной фазы галлия. Образование отдельной фазы галлия может происходить как при воздействии одиночного импульса лазерного излучения с плотностью мощности более 2.7 · 1011 W/cm2, так и при воздействии нескольких импульсов с меньшей плотностью мощности. Установлено эмпирическое соотношение между плотностью мощности и количеством воздействующих импульсов, приводящих к формированию отдельной фазы галлия. Установлено также, что в результате воздействия лазерного излучения на границе ”холодный” арсенид галлия–”горячий” арсенид галлия формируются периодические структуры дефектов в виде блочных структур, ориентированных по направлениям [100].

Введение ми И2-7 и С8-14 путем использования фотоприемника ФЭК-22СПУМ.

Таким образом, импульс лазерного излучения характеК настоящему времени выполнено достаточно больризовали плотностью мощности за один импульс, велишое количество работ по исследованию деградации почину которой определяли расчетным путем по результаверхности GaAs при воздействии импульсного лазернотам измерения мощности импульса и его формы. Измего излучения с различной длиной волны [1–3]. При нение импульсной плотности мощности осуществлялось этом основное внимание уделяется исследованиям при как за счет изменения электрических режимов работы плотности мощности, приводящей к расплавлению полазера, так и за счет применения фокусировки излучения верхности полупроводника. В [4,5] нами представлены кварцевой линзой. Результат действия лазерного излурезультаты исследования деградации поверхности GaAs чения на поверхность арсенида галлия характеризовали в результате воздействия импульсного лазерного излучеплотностью мощности за один импульс и количеством ния УФ диапазона в области пороговой плотности мощвоздействующих импульсов. При этом количество возности. Под пороговой плотностью мощности излучения действующих импульсов определялось по результатам в данном случае понимается такая плотность мощности, регистрации времени воздействия излучения и частоты начиная с которой обнаруживается деградация поверхследования импульсов.

ности полупроводника. Целью данной работы является В качестве объекта исследований нами использоваисследование механизмов деградации поверхности арлись излучающие диоды, активные элементы которых сенида галлия в результате воздействия мощного эксипредставляют собой слои AlGaAs, сформированные мемерного лазера с плотностью мощности в диапазоне тодом жидкофазной эпитаксии на арсенидогаллиевой от пороговой до плотности мощности, приводящей к подложке. Диоды изготавливались путем использования локальному расплавлению поверхности арсенида галлия.

стандартных методов фотолитографии, скрайбирования на отдельные кристаллы и термокомпрессионной сборки в металлопластиковые корпуса. Воздействие лазерного Методика проведения исследований излучения осуществлялось на арсенидогаллиевую подложку диодов, при этом площадь пучка лазерного излуВ качестве источника импульсного излучения испольчения существенно превышала площадь подложки. Это зовали импульсно-периодический XeCl лазер с длиной позволяет в данном случае исключить из рассмотрения волны 308 nm, апертурой излучения 1 · 2.5cm2, длителькраевые эффекты, возникающие на границе ”горячий” ностью импульса от 10 до 50 ns, частотой следования арсенид галлия в зоне действия излучения–”холодный” импульсов от 1 до 10 Hz и мощностью излучения от 0.арсенид галлия вне зоны действия излучения. Исследудо 1 MW [6,7]. Энергия излучения измерялась колори- емые диоды характеризовали интегральной мощностью метром ИМО-2Н. С целью повышения однородности оптического излучения, выводимого через подложку, и распределения энергии по сечению пучка в большинстве спектром оптического излучения. Указанные характерислучаев использовались различные диафрагмы. Форма стики измерялись для каждого индивидуального диода импульсов излучения регистрировалась осциллографа- на различных стадиях исследований. Следует особо подДеградация арсенида галлия при воздействии эксимерного лазера черкнуть, что с целью упрощения обработки экспери- арсенидогаллиевой структуры, подвергнутой лазерному ментальных данных во всех случаях мощность излучения воздействию. Эти измерения проводились с помощью диодов нормировались на значение мощности до начала растрового электронного микроскопа РЭММА-202, обоиспытаний. рудованного специальной микрокатодолюминесцентной Для оценки и контроля температуры активной области приставкой. Разрешение по сколу в данном случае ваизлучающего диода в процессе воздействия лазерного рьировалось от 0.8 до 1 µm.

излучения осуществлялся контроль прямого напряжения смещения при заданном рабочем токе. Это было Экспериментальные результаты необходимо для исключения дополнительной деградации и их обсуждение мощности излучения диода вследствие повышения температуры его активной области в результате воздействия Используемое нами лазерное излучение УФ диапалазерного излучения, так как нас интересует деградазона находится вне окна прозрачности арсенида галция мощности излучения, обусловленная появлением лия, что приводит к поглощению мощности в тонком нестехиометрического слоя вблизи поверхности арсеприповерхностном слое. Неизменная величина прямого нида галлия. Кроме того, измерялись вольт-амперные напряжения излучающего диода в процессе воздействия характеристики диодов до и после воздействия с целью свидетельствует как об отсутствии дополнительной геисключения случаев деградации активной области диода нерации носителей тока в активной области, так и о вследствие воздействия излучения.

том, что разивающийся вблизи поверхности градиент Каждый экспериментальный результат, представлентемпературы ее не достигает.

ный в данной работе, является средним значением реНа рис. 1 представлены экспериментально устанозультатов испытания партии диодов в количестве не мевленные результаты исследования деградации мощности нее 5 штук. Все исследования выполнены при нормальизлучения диодов в зависимости от количества воздейном атмосферном давлении и комнатной температуре.

ствующих импульсов лазерного излучения с различной Исследования также проводились на эпитаксиальных плотностью мощности. Анализ результатов позволяет слоях арсенида галлия, концентрация электронов в ковыдвинуть предположение о существовании двух меторых изменялась в диапазоне от 2 · 1017 до 2 · 1018 cm-3, ханизмов деградации приповерхностного слоя арсенида выращенных методом газофазной эпитаксии в хлоридгаллия в результате воздействия лазерного излучения ной системе на сильнолегированных подложках. В этом (области I и II на рис. 1).

случае площадь пучка лазерного излучения была суВоздействие лазерного излучения на поверхность арщественно меньше площади эпитаксиальной структуры, сенида галлия в области I приводит к его разложению, что приводило к проявлению отмеченных выше краевых которое сопровождается уходом мышьяка в окружаюэффектов, которые более подробно будут рассмотрены щую атмосферу [1–5]. При этом формируется приниже при анализе результатов исследований.

поверхностный нестехиометрический слой модифицироДля исследования нарушенных слоев арсенида галванного арсенида галлия, который содержит большое лия, формируемых вблизи обрабатываемой поверхности количество вакансий мышьяка VAs и галлия в подрешетке вследствие воздействия УФ лазерного излучения, нами мышьяка GaAs. Указанные выше дефекты являются цениспользовались следующие методы. Измерение спектра трами безызлучательной рекомбинации для собственнооптического излучения диода, выводимого через арсениго излучения активной области излучающего диода, что догаллиевую подложку, производилось для исследования подтверждается результатами исследования спектров изприроды дефектов в нарушенном нестехиометрическом лучения до и после воздействия лазерного излучения.

слое арсенида галлия. Для определения толщины нарушенного слоя использовались две независимые методики. Первая из них заключается в том, что измеряют мощность излучения диода, подвергнутого воздействию лазерного излучения, удаляют часть нарушенного слоя в полирующем травителе на основе H2SO4 + H2O2 [8] и повторяют измерение мощности излучения диода. Указанная процедура повторяется циклически до полного восстановления мощности излучения диода. Это свидетельствует о том, что нарушенный нестехиометрический слой модифицированного лазерным излучением арсенида галлия удален полностью. Данная методика позволяет определять толщину нарушенного слоя с погрешностью Рис. 1. Деградация мощности излучения диодов в результа3-5 µm.

те воздействия импульсного лазерного излучения. Плотность Вторая методика определения толщины нарушенномощности лазерного излучения, W/cm2: —1.25 · 107, • — го слоя заключается в проведении измерений профи- 2.5 · 107, —6.7 · 107, —2.5 · 108, прямая линия разделяет ля распределения микрокатодолюминесценции по сколу области проявления двух механизмов деградции.

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 42 А.В. Градобоев, А.И. Федоров Введение этих центров безызлучательной рекомбинации Таблица 1. Восстановление мощности излучения диодов в рев приповерхностном слое арсенида галлия (через ко- зультате удаления нарушенного слоя химическим травлением торый выводится излучение активной области диода) Плотность мощности приводит к деградации мощности излучения диода. Талазерного излучения, Мощность излучения диода, a.u.

ким образом, зависимости мощности излучения диодов W/cmот плотности мощности лазерного излучения позволя1.25 · 107 0.90 0.93 0.97 0.98 1.00 – ют исследовать динамику деградационных процессов в 6.7 · 107 0.46 0.48 0.52 0.63 0.87 0.приповерхностном слое арсенида галлия. Зависимости, 2.5 · 107 0.29 0.30 0.47 0.51 0.73 0.установленные для области I, позволяют определить Толщина удаленности 0 5 10 15 20 пороговую плотность мощности лазерного излучения, слоя, µm начиная с которой развиваются деградационные процессы в приповерхностном слое арсенида галлия. На рис. представлена зависимость наклона кривых деградации Таблица 2. Толщина нарушенного слоя для различных плотмощности излучения диодов от плотности мощности ланостей мощности лазерного излучения, определенная различзерного излучения для области I (рис. 1). Эти результаными способами ты позволяют определить величину пороговой плотности Плотность мощности Толщина нарушенного слоя, µm мощности лазерного излучения, равную 9.6 · 106 W/cm2, лазерного излучения, которая согласуется с ранее опубликованными результа- химическое микрокатодоW/cm2 травление люминесценция тами [1–5].

Далее рассмотрим результаты исследования толщины 1.25 · 107 20 нарушенных слоев, формируемых лазерным излучением 2.5 · 107 23 с плотностью мощности в области I вблизи поверхно6.7 · 107 27 сти арсенида галлия. В табл. 1 представлены типичные 2.5 · 108 30 результаты измерения мощности излучения диодов до и после полного или частичного химического удаления нарушенного слоя. Как видно, полное удаление нарушентов оценки толщины нарушенного слоя показывает, что ного слоя приводит к полному восстановлению мощносуществует слабая зависимость между плотностью мощсти излучения диода. Таким образом, используемая нами ности лазерного излучения и толщиной нарушенного методика контроля мощности излучения диодов при конслоя. Существование подобной зависимости отмечалось тролируемом удалении нарушенного слоя химическим ранее в работе [10], в которой использовалось лазерное травлением позволяет установить как толщину нарушенизлучение видимого диапазона.

ного слоя, так и зависимость параметров нарушенного Измерение профиля микрокатодолюминесценции в слоя от энергетических характеристик лазерного излуприповерхностных слоях после воздействия лазерного чения.

излучения дает толщину нарушенного слоя на 5-10 µm В табл. 2 представлены результаты измерения толбольше по сравнению с толщиной нарушенного слоя, щины нарушенных слоев, формируемых лазерным излуопределяемой послойным химическим травлением. Вычением вблизи поверхности арсенида галлия, которые явленное расхождение в толщине нарушенных слоев получены как методом химического травления, так и месвидетельствует о том, что метод микрокатодолюминестодом измерения профиля микрокатодолюминесценции ценции по сколу более чувствителен к нарушенному по сколу. Полученные нами результаты совпадают с изслою по сравнению с методом, который основан на конвестными литературными данными [9]. Анализ результатролируемом удалении нарушенного слоя химическим травлением и регистрации восстановления мощности излучения диодов. Также следует отметить, что полное удаление нарушенного слоя приводит к полному восстановлению мощности излучения диода, а это подтверждает механизм деградации, связанный только с деградацией приповерхностного слоя модифицированного лазерным излучением арсенида галлия.

Таким образом, представленные выше исследования позволяют сделать следующие выводы о механизме деградации поверхности арсенида галлия в области I.

Pages:     || 2 |



© 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.