WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 4 Исследование примесного состава полупроводниковых структур на основе арсенида галлия с использованием нейтронно-активационного анализа © А.Г. Дутов, В.А. Комар, С.В. Ширяев, Л.А. Смахтин Институт физики твердого тела и полупроводников академии наук Белоруссии, 220072 Минск, Белоруссия (Получена 12 марта 1996 г. Принята к печати 22 мая 1996 г. ) С использованием высокочувствительного метода нейтронно-активационного анализа проведено исследование примесного состава в пластинах арсенида галлия. Определен уровень содержания в них Se, Cr, Ag, Fe, Zn, Co и Sb, а также вариации содержания этих примесей для различных партий пластин. Показаны возможности использования нейтронно-активационного анализа в сочетании с послойным химическим травлением для изучения объемного распределения примесных элементов в полупроводниковых структурах на основе арсенида галлия.

Введение В своей работе мы использовали более простые процедуры при проведении анализа, позволяющие в то же Среди основных требований, предъявляемых в настовремя значительно снизить помехи от высокой активноящее время к полупроводниковым структурам на основе сти матрицы элементов. В качестве исследуемых объекарсенида галлия, таких как минимальное содержание тов служили поставляемые промышленностью пластины различных дефектов, воспроизводимость распределения арсенида галлия, а также полупроводниковые структуры, концентрации носителей вдоль оси роста и др., важное сформированные на этих пластинах в условиях опытного место занимает требование высокой чистоты (на уровпроизводства.

не 1015 1014 ат/см3) слоев и пленок, составляющих Подготовленные образцы арсенида галлия облучались структуру полупроводникового прибора [1,2], что весьма потоком тепловых нейтронов = 1013 см-2 · с-1 в непросто обеспечить, учитывая те процессы, которые вертикальном канале ядерного реактора ВВР-Ц. Масса имеют место при выращивании и обработке пластин образцов составляла 50 250 мг. Время облучения — арсенида галлия [3–5]. Вместе с тем информация о 100 ч. После ”остывания” в течение 3040 дней, образцы посторонних примесях (тип примеси, концентрация, харазлагались в смеси азотной и плавиковой кислот с рактер распределения) важна как для понимания физиковозгонкой фторида мышьяка для снижения активности химических процессов, протекающих в формируемых A5, самого долгоживущего матричного радиоизотопа, полупроводниковых структурах, так и для технологии что позволяло значительно повысить чувствительность производства приборов на их основе.

определения элементов в сравнении с чисто инструменПредставленная работа связана с совершенствованием тальным методом НАА.

методов анализа полупроводниковых структур на основе арсенида галлия. Используя разработанные методики нейтронно-активационного анализа (НАА) было провеТаблица 1. Основные радиоизотопы, дающие вклад в активдено исследование примесного состава для нескольких ность образцов GaAs при облучении их нейтронами ядерного партий пластин арсенида галлия, а также исследование реактора распределения примесей в полупроводниковых структурах, сформированных на этих пластинах.

Ядерная реакция Период Сечение Удельная активи образующийся полу- активации, ность после Образцы и методики анализа радиоизотоп распада б облучения, Бк/мг Ga(n, )70Ga 20 мин 1.4 1.85 · При проведении чисто иснтрументального нейтронноGa(n, )72Ga 14.1 ч 5.0 1.52 · активационного анализа образцов на основе арсенида Ga(n, 2n)68Ga 68 мин 0.55 2.8 · галлия возникают значительные проблемы, связанные с Ga(n, p)69Zn 14.0 ч 0.024 1.1 · их высокой удельной активностью после облучения. Эта Ga(n, p)71Zn 3.9 ч 0.05 2.6 · активность обусловлена образующимися из элементов Ga(n, )66Cu 5.1 мин 0.105 4.0 · матрицы долгоживущими радиоизотопами (табл. 1), что Ga(n, )68Cu 30 с – – требует длительной выдержки образцов после облучения As(n, )76As 26.5 ч 4.5 2.0 · и затрудняет определение многих элементов, имеющих As(n, 2n)74As 18 дней 0.55 2.8 · короткоживущие радиоизотопы. Поэтому, как правило, As(n, p)75Ge 82 мин 0.118 5.0 · при анализе образцов на основе арсенида галлия испольAs(n, )72Ga 14.1 ч 0.123 5.2 · зуют различные методы радиохимического выделения определяемых элементов после облучения [6,7].

Примечание. Время облучения 12 ч, доза =2.5 · 1013 см-3 · с-1.

Исследование примесного состава полупроводниковых структур на основе арсенида галлия... Таблица 2. Результаты нейтронно-активационного анализа пластин монокристаллического арсенида галлия Содержание элемента, ат/смОбразец Se Cr Ag Fe Zn Co Sb (1014) (1015) (1013) (1016) (1015) (1013) (1013) C1 0.97 0.65 0.43 0.90 0.83 0.25 0.C6 0.81 0.35 0.76 1.34 0.47 0.20 1.C81 0.99 0.26 0.64 1.70 0.70 0.20 2.C82 0.95 0.80 0.81 1.36 0.80 0.41 2.B18 0.91 1.16 0.68 0.81 1.11 0.33 2.B61 1.22 0.51 1.34 1.82 1.59 0.32 3.B95 6.05 0.93 1.19 2.51 3.92 0.57 3.B121 0.96 0.66 0.53 0.71 0.59 0.24 2.B221 7.48 0.63 0.32 1.24 1.49 0.26 2.B251 3.64 1.84 1.26 2.04 1.31 0.52 5.B261 4.61 1.81 0.48 2.25 1.07 0.72 8.Б1 6.33 0.33 0.44 1.43 1.44 0.29 1.Б2 3.15 0.13 0.65 1.52 0.81 0.25 1.Б31 8.75 0.34 0.46 2.53 1.11 1.12 2.Б41 6.58 0.11 0.46 1.02 0.72 0.18 0.Б61 1.66 0.83 0.41 0.95 0.38 0.22 1.M32 0.89 3.10 0.12 1.63 0.84 0.33 1.M42 1.25 3.15 2.18 1.12 0.94 0.56 16.M52 0.64 0.67 2.48 1.43 1.49 0.34 20.M62 0.74 1.68 1.14 1.48 4.30 0.36 12.Для измерения -спектров образцов использовался Результаты анализа и их обсуждение полупроводниковый Ge(Li) детектор типа ДГДК-160 в Результаты анализа четырех различных партий пласочетании с многоканальным амплитудным анализатостин монокристалллического арсенида галлия приведены ром LP4900B.

в табл. 2.

При исследовании полупроводниковых стркутур часть При определении селена и цинка учитывалось, что при пластины арсенида галлия ( 1см2) с нанесенной по облучении образцов в ядерном реакторе радиоизотопы всей площади структурой облучалась дважды. Первое 65 Zn и Se, по которым велось определение цинка облучение ( 20 ч) необходимо для активации примеи селена, образуются не только из самих примесных сей, имеющих долгоживущие радиоизотопы, повторное элементов, но и из матричных элементов (As, Ga). В (1мин) проводилось непосредственно перед измерением частности, для Se возможны два пути его образования для активации элементов с короткоживущими радиоиз мышьяка:

изотопами, а также матричных элементов, по радио75 активности которых осуществлялся контроль толщины As(n, 2n)74As - Se(n, )75Se стравливаемых слоев.

и Была разработана методика последовательного снятия 75 As(n, )76As - Se(n, 2n)75Se.

тонких плоско-параллельных слоев на пластине облученного арсенида галлия с использованием химического траДля наших условий проведения анализа количество изовления. В качестве травителя применялась обладающая топа Se, образующегося из мышьяка, было сопоставиполирующими свойствами смесь NH4OH–H2O2–H2O в мо с количеством Se, образующегося из примесного различных соотношениях, в зависимости от необходимой селена по реакции скорости травления образца и толщины снимаемых слоSe(n, )75Se, ев. Техника снятия слоев была такой же, как при травлении пластин кремния, описанная в работе [8]. Контроль поэтому концентрация селена определялась относительтолщины снимаемых слоев осуществлялся по активности но образца с наименьшим его содержанием.

72 Ga и As в стравленном слое и эталоне, вес которого Вклад изотопа Zn, образующегося из матричного был точно известен. В качестве эталона использовалась галлия по реакции небольшая навеска ( 0.2 мг) монокристаллического 69 арсенида галлия, облучаемого вместе с образцом. Ga(n, )66Cu - Zn(n, 2n)65Zn, Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 490 А.Г. Дутов, В.А. Комар, С.В. Ширяев, Л.А. Смахтин в концентрацию примесного цинка, по нашей оценке, был незначительным и не превышал 0.5%.

Среди обнаруженных в пластинах арсенида галлия элементов (табл. 2) самым высоким было содержание металлических примесей железа, цинка и хрома, наиболее вероятным источником которых является технологическое оборудование, используемое при выращивании и обработке монокристаллического арсенида галлия. При этом разброс в содержании этих примесей от партии к партии незначителен и находится в пределах одного порядка. Более широкий разброс наблюдался в содержании селена, сурьмы и серебра. Четко прослеживаются и различия в концентрации этих элементов для различных партий пластин. Из всех исследованных образцов наиболее чистыми являлись образцы партии ”C”, в которой Рис. 2. Распределение меди и натрия в структуре САГимеет место не только более низкое содержание примес2БК, полученное методом НАА в сочетании с послойным ных элементов, но и наименьший разброс в содержании химическим травлением образца: 1 —медь, 2 — натрий.

примесей от образца к образцу.

Более широкие возможности для контроля примесного состава дает использование нейтронно-активационного ных технологических операций как неконтролируемые анализа в сочетании с послойным химическим травленипримеси. Обладая высокой подвижностью и электричеем облученных образцов. На рис. 1 показано распределеской активностью, они могут оказывать заметное влиние хрома в структуре САГ-2БК, буферный слой которой яние на параметры формируемых полупроводниковых (d) был легирован хромом. Как видно из полученного структур, поэтому характер их распределения предстараспределения при проведении последующих операций вляет определенный интерес.

имеет место диффузия хрома из буферного слоя в Как видно из представленного на рис. 2 распределения рабочие слои полупроводниковой структуры, причем его этих элементов по объему структуры САГ-2БК, для меди концентрация на поверхности n+-слоя весьма значительхарактерно более высокое содержание в монокристална и сравнима с концентрацией в буферном слое.

лической подложке арсенида галлия и ее общее содерБыло исследовано также распределение в полупроводжание в сформированной полупроводниковой структуре никовых структурах металлических примесей натрия и определяется содержанием этого элемента в исходных меди (рис. 2), которые не вводились в формируемую пластинах арсенида галлия. Для натрия наблюдается структуру специально, а попадают в нее в ходе различпрямо противоположная картина, основное его количество попадает в полупроводниковую структуру в ходе формирования ее рабочих слоев.

Таким образом, приведенные выше результаты показывают, что использование предложенных методик нейтронно-активационного анализа, во-первых, дает возможность достаточно надежно контролировать примесный состав пластин арсенида галлия по целому ряду элементов на уровне 1012 1016 ат/см3, а, во-вторых, позволяет получить детальную картину распределения примесей по структуре формируемого прибора и открывает дополнительные возможности для контроля и совершенствования технологии изготовления полупроводниковых приборов.

Список литературы [1] Б.В. Луфт, В.А. Переводчиков, Л.Н. Возликова. В сб.:

Физико-химические методы обработки поверхности полупроводников (М., Радио и связь, 1982) с. 136.

[2] Т.Г. Югова, А.В. Говорков, А.С. Брук. Электрон. техника.

Материалы, 2, 24 (1984).

Рис. 1. Распределение хрома в структуре САГ-2БК, полу[3] D. Brice. J. Mat. Sci., 2, 131 (1967).

ченное методом НАА в сочетании с послойным химическим [4] W. Kern. J. Electrochem. Soc., 109, 200 (1962).

травление образца.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Исследование примесного состава полупроводниковых структур на основе арсенида галлия... [5] E. Bujdoso. Proc. Conf. Appl. Phys. Chem. Methods (Budapest, 1963) v. 2, p. 262.

[6] K. Kudo, N. Hishinuma. J. Radioanal. Chem., 3, 369 (1969).

[7] K. Kudo, N. Hishinuma. J. Radioanal. Chem., 5, 331 (1970).

[8] А.Г. Дутов, В.А. Комар, С.В. Ширяев, К.Е. Лобанова, В.В. Забродская, Л.П. Можейко. ЖАХ, 49, 76 (1994).

Редактор Л.В. Шаронова Investigation of impurities in GaAs semiconductor structures by neutron activation analysis A.G. Dutov, V.A. Komar, S.V. Shiryaev, L.A. Smahtin Institute of Solid State Semiconductor Physics, Belarussian Academy of Sciences, 220072 Minsk, Belarus

Abstract

Neutron activation method has been applied to study the impurity distribution in GaAs substrates and semiconductor structures grown on GaAs substrates. The conditions and the results of the analysis are given in this paper.

Fax: (0172) 324694 (Komar) E-mail: ifttpanb%iftt.basnet.minsk.by@demos.su (Komar) Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, №




© 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.