WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

в результате воздействия импульсного УФ лазерного излучения с плотностью мощности вблизи пороговой происходит разложение арсенида галлия вследствие теплового разогрева, сопровождающееся уходом мышьяка Рис. 2. Зависимость наклона кривых деградации мощности излучения диодов в области I от плотности мощности импульс- в окружающую атмосферу и обогащением приповерхного лазерного излучения. ностного слоя галлием. Согласно имеющимся литераЖурнал технической физики, 2000, том 70, вып. Деградация арсенида галлия при воздействии эксимерного лазера турным данным [11], температура поверхности арсенида галлия при пороговой плотности мощности лазерного излучения составляет около 900 K, что существенно ниже его температуры плавления. Данный механизм не зависит от длины волны, а зависит только от плотности мощности используемого лазерного излучения, при этом пороговая плотносить мощности составляет величину порядка 1 · 107 W/cm2. Сопоставление полученных нами результатов (табл. 2) с известными литературными данными [9,10] свидетельствует о том, что толщина нарушенного слоя, формируемого вблизи поверхности Рис. 4. Зависимость количества импульсов лазерного излучеарсенида галлия, слабо зависит от плотности мощности ния, при котором проявляется второй механизм деградации, от лазерного излучения. Также было установлено, что толплотности мощности излучения.

щина нарушенного слоя, определяемая послойным химическим травлением, несколько меньше, чем толщина, определяемая по микрокатодолюминесцентным измерениям, что свидетельствует о более высокой чувствительсти механизма деградации в области II для различных ности последнего метода.

плотностей мощности лазерного излучения и различных Дальнейшее увеличение плотности мощности лазернозначений количества воздействующих импульсов.

го излучения и/или количества воздействующих импульДалее необходимо определить энергетические услосов приводит к другому механизму деградации поверхновия, начиная с которых проявляется второй механизм сти арсенида галлия (область II на рис. 1). Рассмотрим деградации модифицированного слоя. На рис. 4 предстаболее подробно экспериментальные результаты, относявлена зависимость количества воздействующих импульщиеся к данной области. Прежде всего необходимо удосов, при котором начинает проявляться второй механизм стовериться в том, что в этой области работает один медеградации, от плотности мощности лазерного излучеханизм деградации. На рис. 3 представлена зависимость ния. Эта зависимость позволяет определить граничное нормированного именения мощности излучения диода в значение плотности мощности лазерного излучения, равобласти II (рис. 1) от нормированного количества воздейное 2.7 · 1011 W/cm2, начиная с которой на поверхности ствующих импульсов для различных значений плотности обнаруживается галлий в отдельной металлической фазе мощности лазерного излучения. Нормирование произвопосле однократного воздействия.

дилось на значения уровня деградации мощности излуТаким образом, действие импульсного лазерного изчения диодов и количество воздействующих импульсов лучения на поверхность арсенида галлия можно халазерного излучения, начиная с которых работает второй рактеризовать двумя характеристическими значениями механизм деградации. Начало проявления второго мехаплотности мощности: пороговая — плотность мощности низма деградации определялось как точка пересечения порядка 1 · 107 W/cm2, начиная с которой разлагается прямой линии на рис. 1 с соответствующими деградаповерхность, что соответствует температуре в припоционными зависимостями области I. Из представленных верхностном слое около 900 K; граничная — плотность результатов видно, что деградация мощности излучения мощности порядка 2.7 · 1011 W/cm2, начиная с которой диодов в области II может быть описана одной и той происходит образование отдельной металлической фазы же зависимостью, а это свидетельствует об идентичногаллия на поверхности полупроводника после однократного воздействия лазерного излучения.

Далее рассмотрим физическую сущность выявленного механизма деградации поверхности арсенида галлия в области II. Электронно-микроскопические исследования показали, что вблизи границы начала проявления данного механизма деградации наблюдается появление галлия в отдельной фазе в виде капель. Дальнейшее повышение плотности мощности приводит к тому, что отдельные капли сливаются в одно сплошное образование. Появление отдельной металлической фазы галлия приводит к отражению излучаемого диодом света на металлических включениях, что и является основой механизма деградации мощности излучения диода (область II на рис. 1).

Рис. 3. Зависимость нормированного изменения мощности Одновременно с этим обнаруживается образование излучения диодов в области II от нормированного количества периодических структур дефектов на поверхности арсевоздействующих импульсов. Плотность мощности лазерного нида галлия по периферии пучка лазерного излучения в излучения, W/cm2: —1.25 · 107, —2.5 · 107, —6.7 · 107, виде блочных структур прямоугольной формы, стороны • —2.5 · 108.

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 44 А.В. Градобоев, А.И. Федоров которых ориентированы по направлениям [110], т. е. эти ством воздействующих импульсов, приводящих к проблочные структуры появляются на границе ”горячий”– явлению второго механизма деградации, связанного с ”холодный” полупроводник. О существовании подобных появлением отдельной фазы галлия.

блочных структур сообщалось в [12,13]. Можно предпо- 5. В результате воздействия лазерного излучения на ложить, что формирование таких блочных структур обу- границе ”холодный” арсенид галлия–”горячий” арсенид словлено действием больших градиентов температуры, галлия формируются периодические структуры дефектов наблюдаемых вблизи указанной выше границы. на поверхности полупроводника по периферии пучка лаФормирование отдельной металлической фазы галлия зерного излучения в виде блочных структур, ориентиров результате лазерного разложения поверхности, так же ванных по направлениям [100]. Это явление наблюдается как и появление указанных выше блочных структур, в том случае, если апертура пучка лазерного излучения может быть вызвано однократным воздействием лазер- меньше площади объекта воздействия. Данные блочные ного излучения с граничной плотностью мощности и структуры могут быть следствием действия больших в результате многократного воздействия излучения с градиентов температуры, формируемых лазерным излуболее низкой плотностью мощности. Результаты, пред- чением вблизи указанной границы.

ставленные на рис. 1 и 4, позволяют установить следующее эмпирическое соотношение между плотностью Список литературы мощности лазерного излучения и пороговым значением количества воздействующих импульсов:

[1] Гусаков Г.М., Кондратова Т.Н. // Поверхность. Физика.

Химия. Механика. 1990. № 3. С. 152.

Nthr =(Wplim/Wp)0.56, [2] Ефимова А.И., Кашкаров П.К., Петров В.Н., Тимошенко В.Ю. // Поверхность. Физика. Химия. Механика. 1990.

где Nthr — пороговое количество воздействующих № 8. С. 94–100.

импульсов для данного значения плотности мощно[3] Птащенко А.А., Цап Б.В. // Фурн. прикл. спектроскопии.

сти Wp, начиная с которого проявляется образо1989. Т. 50. № 6. С. 987–901.

вание отдельной фазы галлия и блочных структур; [4] Gradoboev A.V., Fedorov A.I. // Proc. IV Intern. Conf. ”Pulsed Wplim = 2.7 · 1011 W/cm2 — граничное значение плот- Lasers on Atomic and Molecular Transition”. Tomsk, 1999.

[5] Градобоев А.В., Федоров Ф.И. // Оптика атмосферы и ности мощности, при котором наблюдается образование океана. 1989. Т. 2. № 7. С. 772–775.

отдельной фазы галлия при воздействии одного импульса [6] Федоров А.И., Бричков С.А. // Оптика атмосферы и океана.

излучения.

1989. Т. 2. № 7. С. 772–775.

[7] Федоров А.И. // Оптика атмосферы и океана. 1997. Т. 10.

№ 11. С. 1274–1284.

Основные результаты и выводы [8] Iida S., Ito K. // J. Electrochem. Soc. 1971. Vol. 118. N 5.

P. 768–769.

1. Начиная с пороговой плотности мощности импульс[9] Джумамухамбетов Н.Г., Дмитриев А.Г. // Письма в ного лазерного излучения, величина которой составляет ЖТФ. 1992. Т. 18. Вып. 4. С. 83–84.

1·107 W/cm2, происходит разложение приповерхностного [10] Грибов Б.Г., Гусаков Г.М., Кондратова Т.Н. и др. // ДАН слоя арсенида галлия вследствие теплового разогрева, СССР. 1990. Т. 314. № 3. С. 618–621.

приводящее к уходу мышьяка в окружающую атмосферу [11] Дмитриев А.Г. // ФТП. 1993. Т. 27. Вып. 4. С. 583–587.

и обогащению его галлием. Температура поверхности [12] Кашкаров П.К., Петров В.И., Птицин Д.В., Тимошенарсенида галлия оценивается при этом на уровне 900 K.

ко В.Ю. // ФТП. 1989. Т. 24. Вып. 1. С. 2080–2082.

Эти процессы приводят к формированию тонкого припо[13] Захарова А.А., Рыжий В.И. // ФТП. 1989. Т. 23. Вып. 10.

верхностного модифицированного арсенида галлия.

С. 1898–1900.

2. Толщина такого модифицированного слоя слабо зависит от плотности мощности лазерного излучения и составляет величину порядка 20-40 µm. Микрокатодолюминесцентные измерения более чувствительны к нарушениям, формируемым в модифицированном слое, по сравнению с химическим травлением и дают значение толщины нарушенного слоя на 5-10 µmбольше.

3. Дальнейшее повышение плотности мощности лазерного излучения и/или количества воздействующих импульсов приводит к тому, что галлий образует отдельную металлическую фазу. Однократное воздействие лазерного импульса с плотностью мощности 2.7 · 1011 W/cmприводит к формированию отдельной фазы галлия на поверхности арсенида галлия.

4. Установлено эмпирическое соотношение между плотностью мощности лазерного излучения и количеЖурнал технической физики, 2000, том 70, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.