WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 4 Влияние ультразвуковой обработки на деформационные эффекты и структуру локальных центров в подложке и приконтактных областях структур M/n-n+-GaAs (M = Pt, Cr, W) © И.Б. Ермолович, В.В. Миленин, Р.В. Конакова, Л.Н. Применко, И.В. Прокопенко, В.Л. Громашевский Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 252650 Киев, Украина (Получена 15 августа 1994 г. Принята к печати 1 июля 1996 г.) Изучено влияние ультразвуковой обработки на физико-химические, структурные и электрофизические свойства структур Pt, Cr, W/n-n+-GaAs. Показано, что ультразвуковая обработка приводит к пространственной и химической упорядоченности приконтактной области GaAs, что обусловливает уменьшение обратных токов диодных структур с барьером Шоттки. Обсуждается возможный механизм воздействия ультразвуковой обработки на структурную и химическую перестройку в контакте M/n-n+-GaAs.

1. Введение основе измерений пиковых интенсивностей брэгговских отражений и величин радиусов кривизны, измеренных в Электрофизические параметры контактов металл– промежуточных точках трансляции образца. При этом полупроводник (МП) и их стабильность зависят от полагали, что для вогнутой поверхности радиус кривизособенностей физико-химического состояния границы ны R > 0, для выпуклой — R < 0.

раздела. Изменения микроскопических связей между атоСпектр локальных состояний в запрещенной зоне мами на границе раздела приводят к резкому изменению подложки и вблизи гетерограницы структур определялся электронных свойств макроскопического перехода МП, по спектрам фотолюминесценции (ФЛ), измеренным его эксплуатационных характеристик, надежности и долсо стороны подложки и металла соответственно. Люговечности. Контролируемые воздействия на дефектную минесценция регистрировалась в спектральной области структуру полупроводника в приконтактной области мо0.54–2.0 эВ при 77 K. Возбуждение велось светом ламгут позволить изменять взаимодиффузию контактируюпы накаливания ПЖ-100 с h > 2.0эВ (коэффициент щих материалов, характер межфазных реакций, т. е. целепоглощения 105 см-1 [6]. Приемником ФЛ служило направленно формировать границу раздела. К настоящеPbS-фотосопротивление. При измерениях ФЛ со стороны му времени имеются данные об эффективности влияния металла интенсивность ФЛ была примерно в 10 раз ультразвуковой обработки (УЗО) на микродефектную слабее, чем при измерениях со стороны подложки, так структуру полупроводников: процессы диффузии и аскак слой металла служил нейтральным ослабителем для социации точечных дефектов, диссоциации комплексных света и возбуждения, и люминесценции.

центров и др. [1–4], которые могут существенно влиять Данные о пространственном распределении компона формирование и параметры барьеров Шоттки.

нентов контактов металл–GaAs в направлении нормаВ работе изучено влияние УЗО на физиколи к их поверхности определялись с помощью ожехимические свойства технически важных гетероструктур спектроскопии при послойном травлении образцов иоM/n-n+-GaAs, формируемых металлами с разной нами Ar с энергией 1 кэВ. Оже-спектры измерялись в химической активностью (Pt, Cr, W).

дифференцированном режиме в области LMM-переходов Cr, Ga, As и MNN-переходов Pt и W. Режим записи спектров: разрешение анализаторов 0.6 %, энергия первично2. Образцы и методика эксперимента го пучка электронов E = 3 кэВ, амплитуда модуляции Структуры МП изготавливались электронно-лучевым 5В.

испарением Pt, Cr и W в вакууме 10-4 Па на подложку Атомные концентрации электронов рассчитывались n-n+-GaAs с ориентацией поверхности (100), нагретую по методу коэффициентов элементной чувствительнодо температуры 200, 180 и 260 C соответственно. Тол- сти [7], используя наиболее интенсивные линии в ожещины слоев металлизации не превышали 800. Изгоспектрах.

товленные структуры подвергались УЗО в продольном импульсном режиме с частотой 0.2–14 МГц и мощностью 3. Экспериментальные результаты и их на передающем преобразователе 6 Вт/см2. Длительность обработки — 1 ч. обсуждение Анализ физико-химического состояния гетероструктур осуществлялся с использованием следующих ме- На рис. 1 приведены нормированные профили тодик. Деформационные эффекты в системах M/n-n+- распределения элементов на межфазных границах GaAs изучались рентгенодифракционным методом [5]. M/n-n+-GaAs, отражающие изменения их химического Контроль однородности изгиба системы проводился на состава до и после УЗО.

504 И.Б. Ермолович, В.В. Миленин, Р.В. Конакова, Л.Н. Применко, И.В. Прокопенко, В.Л. Громашевский Рис. 1. Нормированное распределение по глубине компонентов контактов до (a, c, e) и после УЗО(b, d, f ). a, b — Cr/GaAs; c, d — Pt/GaAs; e, f —W/GaAs.

Видно, что основным процессом, происходящим на Таким образом, УЗО при использованных режимах не границе раздела при выбранных условиях приготовле- влияет на перераспределение атомных компонентов в ния структур, является взаимная диффузия компонентов исследованных контактных парах, степень же размытия контакта, приводящая к нарушению стехиометрического границы раздела определяется химической активностью состава в приповерхностном слое полупроводника. От- металла и исходными условиями приготовления струксутствуют четко выраженные эффекты, связанные с хи- туры: наибольшая — в случае Pt и значительно меньшая мическими взаимодействиями между металлами и GaAs, для Cr и W. Для двух последних металлизаций более даже в наиболее благоприятных условиях — при напы- ярко выражена нестихиометричность диффузии комполении Pt, которые характеризуются высокой химической нентов полупроводника, связанная с большей глубиной активностью [8]. проникновения Ga в слои металлов. Наблюдаемые взаУЗО не оказывает заметного влияния на глубину имодействия на границе раздела контактов МП должны проникновения атомов металла в GaAs, а также на из- приводить к изменениям в структуре и эволюции приграменение стехиометрического соотношения компонентов ничных состояний в GaAs.

в приповерхностной области полупроводника. Наблюда- На рис. 2 представлены типичные спектры ФЛ исемые особенности в распределениях Ga и As в контак- следованных структур до и после УЗО, измеренные со тах с Pt и W скорее всего обусловлены артифактами стороны металлизированного слоя (рис. 2, a–e) и со травления, особенно сильно выраженными на ”хвостах” стороны подложек (рис. 2, f–j). В спектрах ФЛ подпрофилей [9]. ложек наблюдаются широкие перекрывающиеся полосы Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Влияние ультразвуковой обработки на деформационные эффекты и структуру локальных центров... Рис. 2. Спектры люминесценции при 77 K структур M/n-n+-GaAs. M = Pt (a, b, c, f, g, h); M = Cr (d, i); M = W (e, j) со стороны металла — a–e; подложки —f–j. 1 —исходные, 2 и 3 — после УЗО–1 и УЗО–2 соответственно.

с hmax = 0.78, 1.02, 1.20 и 1.33 эВ при различном объемом. Отметим, что вид энергетического спектра соотношении их интенсивностей в разных образцах. В ФЛ контактов близок по своей структуре к спектрам спектрах ФЛ, снятых со стороны металлизированных ФЛ эпитаксиальных слоев GaAs [10]. Металлизация слоев исходных структур (рис. 2, a–e), содержится боль- приводит к его трансформации, однако установить коршое число полос, чем со стороны подложки, которые реляцию изменений с природой напыляемого металла не плохо разрешаются. Это свидетельствует о большей удается. В результате УЗО происходит усиление интендефектности приконтактных областей по сравнению с сивности ФЛ в целом как подложек, так и приконтактных Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 506 И.Б. Ермолович, В.В. Миленин, Р.В. Конакова, Л.Н. Применко, И.В. Прокопенко, В.Л. Громашевский Радиусы кривизны (R) и величины деформаций () контактов или компенсацией напряжения в контакте металл/GaAs до и после УЗО (R=0) в большинстве случаев имеет место напряжение растяжения в полупроводнике (R > 0) с величинами До УЗО После УЗО деформаций в диапазоне = 5 · 10-6-1.4 · 10-5, а также Тип КМП напряжение сжатия (R < 0) с = 1.2 · 10-6. Образцы R, м R, м с вольфрамовой металлизацией имеют знак деформаций Pt/GaAs R < 0, а для образцов, полученных при напылении Cr, R > 0.

1 29.5 5 · 10-6 34 4.4 · 10-УЗО не оказывает заметного влияния на деформаци2 29.5 5 · 10-6 - онные параметры структур, т. е. возникновение и распро3 10.2 1.4 · 10-5 - странение упругих волн не приводит к таким изменениям 4 34 4.4 · 10-6 29.5 5 · 10-в плотности структурных дефектов кристалла, чтобы 5 23 6.5 · 10-6 - их можно было зафиксировать по уровню остаточных 6 25.8 5.8 · 10-6 - деформаций. Однако фиксируются четкие изменения в 7 29.5 5 · 10-6 - структуре спектров ФЛ, коррелирующих со знаком кри8 -129 1.2 · 10-6 -129 1.2 · 10-9 - - визны исследованных структур. При сжимающих напря10 18.8 8 · 10-6 - жениях (рис. 2, c, e) преимущественной по интенсивно11 22.9 6.5 · 10-6 22.9 6.5 · 10-сти становится полоса 1.02 эВ, при растягивающих — полоса 1.2 эВ (рис. 2, a, b, d).

W/GaAs В соответствии с [12] наличие внешних напряжений 1 -6.9 2.2 · 10-5 -6.6 2.35 · 10-приводит к изменению химического потенциала вакансий 2 -6.5 2.3 · 10-5 - по сравнению с соответствующей величиной в неде3 -6.0 2.5 · 10-5 - формированных кристаллах, следствием чего является Cr/GaAs возникновение их направленных диффузионных потоков.

При сжимающих напряжениях реализуется состояние 1 10.0 1.94 · 10-5 - пересыщения по вакансиям. Это пересыщение релаксирует во времени к новому равновесию системы за счет стока вакансий на свободную поверхность, дислокации или за счет образования комплексов и кластеров точечобластей, сужение и перераспределение интенсивностей полос, особенно проявляющихся в спектрах ФЛ, снятых ных дефектов. Картина изменяется на противоположную при растяжении кристалла: комплексы или кластеры со стороны металлизированных слоев. Это означает, что ультразвуковая волна существенно ослабляет канал точечных дефектов, включающие вакансии, распадаются безызлучательной рекомбинации, гомогенизирует струк- на точечные составляющие. Степень пересыщения или туру за счет большого упорядочения пространственной недонасыщения вакансиями зависит от концентрации локализации в решетке дефектов и примесей, а также легирующих и фоновых примесей, которые могут приизменяет спектр локальных состояний, наиболее эффек- нимать участие в формировании примесно-вакансионных тивно — в приконтактной области. комплексов — центров излучательной и безызлучательХотя в настоящее время не существует единой точки ной рекомбинации. Действительно, получено, что сжизрения на микроструктуру центров, ответственных за мающие напряжения способствуют возникновению комнаблюдаемые излучательные переходы, полагают, что плексных центров свечения полосы 1.02 эВ — донорноцентры свечения являются комплексными, и общим эле- акцепторных пар типа (VGa-D) [13–15]. В то же время ментом, входящим в состав этих комплексов, являются преимущественными центрами свечения при растягивавакансии [6]. С другой стороны, вид спектров ФЛ эпи- ющих напряжениях являются изолированные акцепторы таксиальных структур, подвергнутых умеренным дефор- CuGa (полоса 1.02 эВ) [16]. На присутствие фоновой примациям [11], хорошо коррелирует с данными настоящей меси Cu в исследованных образцах указывает наличие работы: отсутствующая или слабая краевая полоса и до- полосы с hmax = 1.33 эВ, которую связывают с комплекстаточно интенсивные длинноволновые полосы ФЛ. Все сами (VAsCuGaVAs [17]. При низких (комнатных) темпеэто указывает на необходимость учета деформационных ратурах процессы ассоциации дефектов в комплексные эффектов, имеющих место при образовании контакта [5] центры и диссоциации комплексных центров замедлены в перестройке локальных центров в приконтактных сло- вследствие чрезвычайно низкого коэффициента диффуях полупроводника, в том числе и при УЗО. зии вакансий ( 10-20 см2/c [18]), т. е. потоки вакансий В таблице приведены значения радиусов кривизны R практически отсутствуют. Под действием ультразвуковой структур, спектры ФЛ которых представлены на рис. 2. волны происходят стимулированная диффузия вакансий, Как следует из этих данных, в случае Pt при стан- а также примесей, в том числе из металлизированного дартных условиях металлизации даже для одной и той слоя, поскольку энергия активации диффузии понижаже толщины пленки механические напряжения изме- ется: E = E0 - UtV, где E0 — равновесная энергия няются от образца к образцу: наряду с отсутствием активации диффузии, Ut — ультразвуковое напряжение, Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Влияние ультразвуковой обработки на деформационные эффекты и структуру локальных центров... ры или их комплексы — в зависимости от динамики интенсивности соответствующей полосы ФЛ.

Проведенные исследования представляют также интерес для понимания природы дефектов, участвующих в стабилизации уровня Ферми на поверхности GaAs при конденсации атомов металлов на ней. Напыление металлов приводит к возмущению атомной и электронной подсистем полупроводника, что сопровождается деформацией его приповерхностного слоя, влияющей на дефектный состав и условия комплексообразования дефектов в нем, а следовательно, на энергетическое положение локальных центров, реальная физико-химическая структура которых определяется многими трудно контролируемыми технологиескими факторами. Это объективное обстоятельство затрудняет понимание эволюции пограничных электронных состояний. Вместе с тем в [21] наблюдалась корреляция в положении пиков ФЛ и высотой барьера Рис. 3. Обратные вольт-амперные характеристики диодов Шоттки, что подтверждает важность учета спектра лоPt/n-n+-GaAs до (1) и после УЗО (2). Обратные вольткальных состояний в приконтактных областях контактов амперные характеристики диодов Cr/n-n+-GaAs до (3) ипосле металл/GaAs.

УЗО (4).

Список литературы V — активационный объем, и процесс комплексообразо[1] В.Л. Громашевский, В.В. Дякин, Е.А. Сальков. УФЖ, 29, вания (диссоциации, в зависимости от знака деформации 550 (1984).

контакта металл/GaAs) протекает более энергично. В [2] В.Л. Громашевский, В.В. Дякин, Н.С. Заяц. Тез докл. XII Всес. конф. по акустоэлектронике и квантовой акустике пользу такого механизма воздействия УЗО свидетель(Киев, 1986) ч. II, c. 35.

ствуют также увеличение интенсивности ФЛ в целом во [3] А.П. Здебский, В.Л. Корчная, Т.В. Торчинская, М.К. Шейвсем спектральном диапазоне, а также сужение полос, нкман. Письма ЖТФ, 12, 76 (1986).

которые могут быть связаны с повышением подвижности [4] А.П. Здебский, М.И. Лисянский, Н.Б. Лукьянчикова, структурных дефектов и примесей, приводящих к их М.К. Шейнкман. Письма ЖТФ, 13, 1009 (1987).

большей пространственной и химической упорядоченно[5] Ю.А. Тхорик, Л.С. Хазан. Пластическая деформация и сти.

дислокации несоответствия в гетероэпитаксиальных Это подтверждает и характер изменения ФЛ с тыльсистемах (Киев, Наук. думка, 1983) с. 176.

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.