WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 4 Фотоэлектрическое C-V-профилирование концентрации основных и эффективного времен жизни неосновных носителей заряда в геттерированных пластинах GaAs © В.Ф. Андриевский, А.Т. Гореленок, Н.А. Загорельская, А.В. Каманин¶, Н.М. Шмидт Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Институт электроники Национальной академии наук Беларуси, 220090 Минск, Белоруссия (Получена 21 августа 2001 г. Принята к печати 29 августа 2001 г.) Приведена методика фотоэлектрохимического C-V -профилирования концентрации основных и эффективного времен жизни неосновных носителей заряда в высокоомных толстых (1.6 мм) пластинах GaAs после их геттерирования как односторонним, так и двухсторонним покрытием пленкой иттрия и последующей термообработкой при температурах 700 и 800C. Показано, что распределения концентрации Nd-Na и эффективного времени жизни неосновных носителей заряда по толщине пластин достаточно однородны в обоих случаях. Данная методика позволяет измерять концентрацию носителей до 1012 см-3.

Введение этом в [5] показано, что эта концентрация носителей определяется мелким донорным уровнем с энергией Существует несколько методов определения концен- активации 10–12 мэВ и глубоким донорным уровнем трации основных носителей заряда в полупроводниках: с энергией активации 150 мэВ. При этом степень холловские измерения [1] и C-V -измерения [2] на барье- компенсации составляла 40% и, видимо, определялась ре Шоттки металл–полупроводник [2] или электролит– концентрацией собственных дефектов и их комплексаполупроводник. Для концентрационного профилирова- ми. Для геттерирования были использованы толстые, 1.6 мм, пластины GaAs (111)-ориентации. При этом ния предпочтение следует отдать C-V-методу в сисони покрывались вакуумным термическим напылением теме электролит–полупроводник, так как электролит пленкой Y с одной (ОСП) или обеих сторон (ДСП) толможет одновременно выполнять функцию химического щиной 1000 и затем подвергались термообработке травителя. В этом случае процесс концентрационного (ТО) в атмосфере очищенного водорода при температупрофилирования может быть автоматизирован [3]. При рах 700C в течение 0.25 ч и при 800C в течение 0.5 ч.

этом профиль снимается за один цикл при непрерывПосле ТО пленки Y удалялись плазменным травлением ном травлении, а используя подсветку границы раздела на установке RIBES Rokappa.

электролит–полупроводник светом c h > Eg и фиксиКонцентрация электронов в геттерированных пларуя фототок, возможно снимать профиль распределения стинах определялась из холловских измерений [1], а эффективного времени жизни неосновных носителей заих распределение по толщине пластин определялось ряда (ННЗ), которое пропорционально фототоку через C-V-профилированием электрохимическим [6] или фобарьер Шоттки. Следует также заметить, что точность тоэлектрохимическим [7] методами в химической ячейке определения концентрационного профиля выше при не(рис. 1), в которой была возможность подсветки грапрерывном травлении, чем при дискретном.

ницы раздела электролит–диэлектрик через прозрачное Цель данной работы — демонстрация фотоэлектрохимического метода C-V-профилирования концентрации основных и эффективного времен жизни ННЗ в толстых (1.6 мм) высокоомных пластинах GaAs, полученных геттерированием как при одностороннем, так и двухстороннем покрытии пленкой иттрия с последующей термообработкой при 700 и 800C.

Эксперимент В работе в качестве исходного материала для геттерирования был использован нелегированный GaAs, полученный методом Чохральского [4] из Ga и As 7NРис. 1. Фотоэлектрохимическая ячейка: 1 — уплотнительное чистотой, с концентрацией электронов (1-3)·1015 см-3 и кольцо, 2 — прозрачное окно для оптического возбуждения, их подвижностью 1500–2000 см2В-1с-1 при 300 K. При 3 — резервуар для электролита, 4 — прижимные контакты, 5 — полупроводниковая пластина, 6 — прижимное устройство, ¶ E-mail: kamanin@ffm.ioffe.rssi.ru 7 —основание.

Фотоэлектрическое C-V-профилирование концентрации основных и эффективного времен жизни... окно 2. В качестве электролита–травителя использовался сернокислотный травитель H2SO4 : H2O2 : H2O (1: 8: 1), который обладал постоянной скоростью травления (4 мкм/мин) в течение нескольких суток и был полирующим. Площадь контакта определялась уплотнительным кольцом, диаметр которого составлял 3 мм.

Концентрация носителей заряда определялась из выражения [6] -C3 C N(x) =-, (1) e0A2 V где C — емкость области пространственного заряда в GaAs, e — заряд электрона, — диэлектрическая проницаемость, 0 — диэлектрическая постоянная, A — площадь контакта Шоттки, C и V — приращения Рис. 2. Профиль распределения Nd-Na после ДСП-геттериемкости и напряжения.

рования при 800C, 0.5 ч.

В случае же освещения границы раздела электролит– высокоомный GaAs светом с h >Eg GaAs возникающий в этой системе фототок пропорционален эффективному времени жизни дырок [2]. Следовательно, при химическом травлении высокоомного GaAs измерение фототока дает качественное распределение эффективного времени жизни ННЗ.

При измерении профиля концентрации по толщине пластины, по мере продвижения электролитического контакта в глубь пластины, происходит увеличение площади контакта за счет образования боковых областей в виде цилиндра в локальной области травления, которая также контактирует с электролитом и дает вклад в измеряемую емкость. Таким образом, измеряемая емкость состоит из двух составляющих: емкости боковой области и емкости дна травления. Поэтому при расчете конценРис. 3. Профиль распределения эффективного времени жизни трации носителей заряда используется емкость, которая неосновных носителей после ДСП геттерирования при 800C, определяется разностью между измеряемой емкостью 0.5 ч.

ОПЗ и емкостью, обусловленной боковой областью [8].

Результаты и обсуждение соответственно. Распределения практически постоянны.

Слабое уменьшение Nd-Na на глубине больше 600 мкм Следует заметить, что предварительное исследование связано с большой ошибкой измерения емкости из-за распределения концентрации носителей с использованеравномерного травления в различных кристаллографинием барьера Шоттки Hg–GaAs при послойном страческих направлениях.

вливании GaAs в травителе H2SO4 : H2O2 : H2O (1: 8: 50) В случае ТО при 700C, 0.25 ч в обоих случаях ОСП(cкорость травления — 1000 ·мин-1) показало, что и ДСП-геттерирования после плазменного удаления плев случае ТО структур Y–GaAs при температуре 800C нок Y с обеих сторон приповерхностный слой имеет в течение 0.25 ч и последующего плазменного удаления n-тип проводимости с n 1013-1014 см-3. Толщина пленки Y поверхность пластины имеет p-тип проводиэтого слоя составляла несколько мкм, а на большей мости c p 1016 см-3 до глубины 0.5мкм. В то же глубине концентрация снижалась до 1012 см-3 и ниже, время непокрытая пленкой Y поверхность (при ОСП-гетв зависимости от режима ТО (рис. 4). Из данных терировании) после ТО при 800C, 0.25 ч также имела рис. 4 и 5 можно заключить, что геттерирование носит p-тип проводимости с p 1017 см-3. Толщина слоя объемный характер даже при покрытии одной стороны p-типа составляла несколько мкм, а на большей глубине пластины пленкой Y. Однако непокрытая поверхность, с обоих сторон происходит инверсия типа проводимо- по-видимому, также вносит свой собственный вклад в эфсти и концентрация электронов составляла 1013 см-фект геттерирования. Из рис. 5 видно, что распределение и ниже.

eff также однородно по глубине при ТО, как при 700C, Распределение концентрации основных носителей такипри800C, и eff на 30% больше при 700C, чем при (Nd-Na) и эффективного времени ННЗ в геттерирован- TO 800C. Вышеприведенные результаты концентрацином GaAs при ТО 800C, 0.5 ч представлены на рис. 2 и 3 онного распределения Nd-Na позволяют предположить, Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 406 В.Ф. Андриевский, А.Т. Гореленок, Н.А. Загорельская, А.В. Каманин, Н.М. Шмидт достигать 7000 cм2В-1с-1 при 300 K [5]. Этот материал может быть перспективен для высоковольтных мощных силовых приборов, детекторов рентгеновского, ядерного излучений и частиц, включая нейтрино, а также для сверхбольших сверхбыстродействующих интегральных оптоэлектронных схем. При этом технология получения такого материала очень проста и вписывается в обычную технологию приготовления подложек с включением только двух дополнительных операций: нанесение геттерирующих покрытий и ТО.

Авторы выражают благодарность М. Мездрогиной за нанесение Y-пленок и Ю. Задиранову за их плазменное удаление.

Настоящая работа поддержана РФФИ грант № 00-02Рис. 4. Профили распределения Nd-Na после ОСП-гетте17026.

рирования: 1 — при 800C, 0.5 ч и 2 — при 700C, 0.25 ч.

Глубина 1.6 мм соответствует второй, непокрытой, поверхности пластины. Список литературы [1] L.J. van der Pauw. Philips Techn. Rev., 20, 220 (1958/59).

[2] C. Зи. Физика полупроводниковых приборов (М., Мир, 1984) т. 1.

[3] T. Ambridge, M.M. Factor. Electron. Lett., 10, 204 (1974).

[4] A.V. Markov, A.Y. Polyakov, N.B. Smirnov, A.V. Govorkov, V.K. Eremin, E.M. Verbitskaya, V.N. Gavrin, Y.P. Kozlova, Y.P. Veretenkin, T.J. Bowles. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A, 439, 651 (2000).

[5] N. Shmidt, A. Gorelenok, V. Emtsev, A. Kamanin, A. Markov, M. Mezdrogina, D. Poloskin, L. Vlasenko. Sol. St. Phenomena, 69–70, 279 (1999).

[6] J. Reichman. Appl. Phys. Lett., 36, 574 (1980).

[7] В.Ф. Андриевский. Теория, методы и средства измерений и контроля параметров магнитных, полупроводниковых и диэлектрических материалов (Новочеркасск, 2000) ч. 4, с. 24.

[8] В.Ф. Андриевский, Е.В. Якименко, О.К. Муравицкий.

Рис. 5. Профили распределения эффективного времени жизни А. с. 1611075 СССР, G 01 NL 27/22. Заявлено 23.03.89;

неосновных носителй после ОСП-геттерирования: 1 — при Опубл. 1.08.90. (Бюл. изобретат., 1990).

800C, 0.5 ч и 2 — при 700C, 0.25 ч.

Редактор Л.В. Беляков Photoelectrochemical C-V-profiling что в процессе геттерирования происходит генерация of majority concentration and minority дефектов–антиподов типа AsGa и GaAs, а также, возlifetime in gettered GaAs wafers можно, собственных дефектов различного типа: VGa, VAs, IGa, IAs. Основную роль в процессе геттерирования, V.F. Andrievskii, A.T. Gorelenok, N.A. Zagorel’skaya, по-видимому, играет не прямая аннигиляция дефектов– A.V. Kamanin, N.M. Shmidt антиподов, а их пространственное разделение и образоIoffe Physicotechnical Institute, вание комплексов с их участием, результатом чего явля194021 St. Petersburg, Russia ется снижение концентрации носителей до 108 см-3 [2].

Institute for Electronics, 220090 Minsk, Belarus Заключение

Abstract

A technique is presented for photoelectrochemical Показано, что поверхностное геттерирование при C-V -profiling of majority concentration and minority lifetime in ДСП и ОСП носит объемный характер и может быть реthick (1.6 mm) high-resistivity GaAs wafers after their gettering by ализовано при достаточно низких температурах (700C), both one- and two-side coatings with an yttrium film and thermal eff при 700C на 30% выше, чем при ТО при 800C. Это treatment at 700 and 800C. The distributions of the Nd-Na позволяет получать высокоомные пластины GaAs c одно- concentration and of the minority lifetime throughout the wafer depth are shown to be quite uniform. The technique makes it родным распределением Nd-Na и eff ННЗ по толщине до possible to measure the carrier concentration down to 1012 cm-3.

1.5 мм. При этом подвижность электронов в GaAs может Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, 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.