Физико-химические особенности ионного синтеза систем с нанокристаллами GaN в матрицах Si, Si₃N₄ и SiO₂ для применения в оптоэлектронике

Цель работы - исследование распределения химического состава систем на основе Si, Si₃N₄ и SiO₂ с ионно-синтезированными нанокристаллами нитрида галлия (GaN). Экспериментальные образцы систем на основе объемного Si, пленок термического SiO₂ и пленок плазмохимического Si₃N₄ были получены методом двухстадийной имплантации ионов галлия и азота и последующего отжига. Для анализа химических связей атомов и определения концентрации фазы GaN в образцах использовалась уникальная методика анализа химического состава - алгоритм уточнения спектрального разложения, разработанная для метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии в сочетании с прецизионным ионным профилированием по глубине. Показано, что отжиг систем на основе Si, подвергнутых последовательной имплантации ионов Ga⁺ и N²⁺, приводит к образованию соединения GaN с концентрацией до 4 ат.%. Предложенный метод ионного синтеза нитрида кремния в матрице Si, предшествующий двойной имплантации ионов Ga⁺ и N²⁺, подавляет аутдиффузию галлия и азота из образца и позволяет увеличить концентрацию кристаллического GaN до 10 ат.%. Установлено, что структуры на основе объемного кремния с нанокристаллами GaN, синтезированными методом последовательной имплантации ионов Ga⁺ и N²⁺ и последующего отжига, проявляют чувствительность к ультрафиолетовому излучению. Установленные физико-химические особенности синтеза нанокристаллов GaN в кремнии и кремнийсовместимых диэлектрических материалах необходимы для применения этих структур в микро- и оптоэлектронике при решении задач разработки и опытно-конструкторской реализации на базе научно-производственных центров новых промышленных технологий изготовления светоизлучающих и фотоприемных устройств с целью создания на их основе оптоэлектронной компонентной базы, применимой в ядерной энергетике, космической технике, а также гражданского назначения.