WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 5 Распределение мелкой донорной примеси в пластине p-CdTe при ее отжиге в парах Cd ©В.Н. Бабенцов, З.К. Власенко, А.И. Власенко, А.В. Любченко Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 252650 Киев, Украина (Получена 4 апреля 1996 г. Принята к печати 1 июля 1996 г.) Проведены экспериментальные исследования и численное моделирование процесса двустороннего легирования пластины p-CdTe мелкими донорами при ее отжиге в парах кадмия. Установлен ряд особенностей этого процесса — корреляция в полосах низкотемпературной фотолюминесценции между разгоранием линии экситона, связанного на доноре, и гашением акцепторной линии, присущих рекомбинации на примеси I группы таблицы Д.И.Менделеева, находящейся в междоузлиях и узлах Cd соответственно; существенное влияние диффузии на профиль распределения доноров. Полученные результаты позволяют оптимизировать процесс отжига.

Теллурид кадмия широко используется в инфракрас- следующих реакций (без учета термической ионизации ной [1], радиационной [2] фотоэлектронике, в оптоэлек- дефектов, их зарядовых состояний и комплексообразоватронике [3], лазерной технике [4] и т. д. Для многочислен- ния):

ных применений требуется материал с составом, близ- Cdc Cd, (1a) i ким к стехиометрическому, с высокой точностью ком TeTe Tei + VTe, (1b) пенсации, контролируемого уровня легирования, отсутствием включений второй фазы, малой концентрацией Cdc + VCd CdCd VCd + Cd, (1c) i остаточных электрически активных примесей. В качестве Cdc CdCd + VTe, (1d) последних обычно выступают элементы I группы (Li, Na, Cu, Ag), являющиеся в узлах кадмия акцепторами, I I Cdi + MCd CdCd + Mi, (1e) в междоузлиях — донорами [5,6]. В то же время I I Mc Mi, (1f) вследствие ретроградной растворимости теллура даже в относительно стехиометричном материале преобладают где соответственно CdCd, Cdi, Cdc обозначают атомы кадвакансии кадмия; соотношение концентраций примесей I I I мия, MCd, Mi, Mc — атомы примеси металлов I группы в и вакансий, как правило, определяет проводимость криузлах Cd, междоузлиях, скоплениях (на поверхностях);

сталлов. Послеростовым отжигом пластины p-CdTe в паVCd, VTe — вакансии Cd и Te; знаком * обозначено рах Cd получают материал n-типа [7,8], однако вопрос о донорное состояние дефектов.

распределении донорной примеси по толщине пластины Диффундирующие в объем при отжиге в парах Cd требует дополнительного излучения. это связано с необатомы Cd занимают свои места в узлах AII решетки.

ходимостью учета процессов геттерирования точечных При избытке атомов Cd и отсутствии свободных и слабо дефектов поверхностями, макродефектами решетки [9], связанных вакансий они будут находиться в междоузлиях рассасывания скоплений и др.

и проявляться как доноры (1a), либо достраивать подВ данной работе экспериментально исследованы прорешетку Cd (в первую очередь в областях структурных фили распределения мелких доноров по толщине пластимакродефектов), образующиеся при этом вакансии Te ны p-CdTe при ее отжиге в насыщенных парах кадмия (1d) также обладают донорными свойствами.

и проведено численное моделирование этого процесса с На рис. 1 приведено спектральное распределение инучетом двусторонней диффузии Cd и редиффузии мелких тенсивности НФЛ из точек скола кристалла, расположендоноров из пластины.

ных на одном и том же расстоянии от его поверхностей, Плоскопараллельные пластины p-CdTe, ориентированизмеренное до и после отжига длительностью t = 3 ч.

ные большими поверхностями вдоль плоскости (111), Здесь же указаны линии НФЛ экситонов, связанных на после удаления нарушенного слоя отжигались в вакууммелких донорах (I2) и акцепторах (I1). Сопоставление с ированной ампуле, содержащей навеску Cd при 600Cв литературными данными по спектрам НФЛ различных течение 1, 2, 3, 4, 28 ч.

типов дефектов в CdTe [6,8,9,11] показывает, что в Профили распределения доноров измеряли на свепроцессах образования мелких доноров наиболее интенжих сколах методом низкотемпературной фотолюмисивно идет реакция (1e), замещение диффундирующими несценции (НФЛ) (возбуждение зондом He–Ne-лазера) от поверхности атомами Cd атомов MI, находящихся в по интенсивности излучения экситонов, связанных на узлах AII (в первую очередь слабо связанных, например донорах [10–12].

Li [13]), где они проявляются как акцепторы, и вытесОбразование донорных дефектов при отжиге в парах нение их в междоузлия, где они приобретают донорные Cd пластины p-CdTe может идти в основном за счет свойства.

524 В.Н. Бабенцов, З.К. Власенко, А.И. Власенко, А.В. Любченко Это связано с идущими параллельно диффузии процессами испарения с поверхностней пластины атомов примеси (в первую очередь с малыми атомными радиусами) и их гетеродиффузии из объема к поверхностям. Определенное при t 4 ч значение коэффициента самодиффузии CdTe составило D1 = 2.6 · 10-8 см2/с. Значение коэффициента гетеродиффузии, определенное для времени отжига T = 28 ч составило D2 = 1.16 · 10-9 см2/с.

Рис. 1. Спектр фотолюминесценции CdTe при 4.2 K на глубине 100 мкм; 1 —исходный, 2 — после отжига 3 ч. На вставке — зависимости интенсивностей линий экситонов, связанных на акцепторе (I1) и доноре (I2), на глубине 100 мкм от поверхности образца от времени отжига. Рис. 2. Экспериментально полученные профили распределения интенсивности линии экситона, связанного на доноре (W) по толщине пластины p-CdTe после отжига при 600 C в течение 1, 4 и 28 ч (1, 3, 5), и численный расчет распределения конО доминировании этого процесса свидетельствует яв- центрации доноров N(x, t) для 1, 4 и 28 ч (штриховые 2, 4, 6).

ная корреляция между разгоранием донорной линии I2 и гашением акцепторной линии I1 (см. вставку на рис. 1), связанных с пропорциональными изменениями концентрации атомов MI в междоузлиях и узлах соответственно при увеличении времени отжигов (t). При увеличении t I наблюдается насыщение кривой I2 для доноров Mi, что может быть связано с тем, что концентрация остаточной примеси MI имеет конечное значение. Следует отметить, что рост электронной составляющей в проводимости может сохраниться за счет увеличения концентрации доноров — Cd, VTe — (1a), (1d).

i При достаточно больших длительностях отжига следовало бы ожидать равномерного распределения атомов Mi по толщине пластины. Однако, несмотря на реализацию режима с постоянным в процессе отжига давлением паров Cd над пластиной CdTe, профиль распределения остаточной донорной примеси по толщине пластины остается сложным и не выравнивается даже при больших t. Об этом свидетельствуют представленные на рис. Рис. 3. Численное моделирование распределения конценэкспериментально измеренные профили распределения трации примесных доноров по толщине пластины p-CdTe по толщине пластины p-CdTe интенсивности линии I2 (a = 800 мкм) с учетом редиффузии при отжиге при Cв для различных времен t.

течение 40 ч.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Распределение мелкой донорной примеси в пластине p-CdTe... Математическая модель, описывающая распределение Distribution of shallow donor dopant in a по глубине пластины мелких доноров при ее отжиге в p-CdTe plate under its annealing in Cd парах Cd за счет вытеснения остаточной примеси MI vapour из узлов Cd в междоузлия, может быть задана двумя V.N. Babentsov, Z.K. Vlasenko, A.L. Vlasenko, диффузионными уравнениями для самодиффузии Cd в A.V. Liubchenko пластину и встречной гетеродиффузии примеси с соответствующими начальными и граничными условиями.

Institute of Semiconductor Physics, Расчет результирующих профилей распределения конNational Academy of Sciences, I центрации доноров Mi приведен на рис. 2 (штрихо252650 Kiev, the Ukraine вые линии). Удовлетворительное совпадение экспериментальных данных с расчетом для разных t может сви

Abstract

The process of the two-side doping of a p-CdTe детельствовать о корректности выбранных физической и plate with shallow donors when it was annealed in Cd vapour математической моделей. was studied experimentally and modelled theoretically. Different peculiarities of this process were established: a correlation between Используя полученные значения D1, D2, можно расthe increase in the intensity of donor-bound-exciton line and the считать процесс долговременного отжига пластины pdecrease in the acceptor’s one that are inherent in recombination CdTe. Результаты численного моделирования с учетом on the group I impurity situated in interstitial positions and in Cd двусторонней диффузии атомов Cd и встречной гетероsites, respectively; the significant influence of rediffusion on the диффузии атомов примеси к поверхностям представлены donor distrubution profile. The results obtained permit to suggest на рис. 3 для времени отжига до 40 ч. Результаты моделиoptimal conditions for the annealing process, as well.

рования показывают, что при длительном отжиге в парах Fax: (044)-2658842(A.I.Vlasenko) Cd приповерхностные области существенно обедняются E-mail: mickle@semicond.kiev.ua(A.I.Vlasenko) мелкой донорной примесью за счет испарения во внешний объем, т. е. происходит очистка материала.

Список литературы [1] R. Bean, K. Zanio, J. Ziegler. J. Vac. Sci. Technol., A7, (1989).

[2] M.R. Squilante, G. Entine, E. Frederic, L. Cirignano. Instr. and Method in Phys. Research. A, 283, 323 (1989).

[3] A. Partovi, J. Millerd, E. Garmire, M. Ziari, W. Steier, S.B. Trivedi, M.B. Klein. Appl. Phys. Lett., 57, 846 (1990).

[4] W.J. Kim, M.J. Park, S.U. Kim, T.S. Lee, J.M. Kim, W.J. Song, S.H. Suh. J. Cryst. Growth, 104, 677 (1990).

[5] P. Gheuvart, U.E. Hanani, D. Schneider, R. Tribolet. J. Cryst.

Growth, 101, 270 (1990).

[6] E. Molva, J.P. Chamonal, J.L. Pautrat. Phys. St. Col. B, 109, 635 (1982).

[7] S. Seto, A. Tanaka, Y. Masa, S. Dairaku, M. Kawashima, Appl.

Phys. Lett., 53, 1524 (1988).

[8] Н.В. Агринская, В.В. Шашкова. ФТП, 22, 1248 (1988).

[9] Е.С. Никонюк, В.Л. Шляховый, З.И. Захарук, М.А. Ковалец, Н.И. Кучма. Неорг. матер., 31, 185 (1995).

[10] Н.В. Агринская, Н.Н. Зиновьев, О.А. Матвеев, И.Д. Ярошецкий. ФТП, 1, 172 (1980).

[11] В.Н. Бабенцов, Л.В. Рашковецкий, Е.А. Сальков, Н.И. Тарбаев. ФТП, 26, 1088 (1992).

[12] V.N. Babentsov, A.I. Vlasenko, N.I. Tarbaev. Int. Workshop on ”Optical Diagnostics of Materials and Devices for Opto-, Micro-, and Quantum Electronics”, ed. by S.V.Svechnikov, M.Ya.Valakh. Proc. SPIE, 2113, 104 (1993).

[13] В.В. Емцев, Т.В. Машовец. Примеси и точечные дефекты в полупроводниках (М., Радио и связь, 1981).

Редактор В.В. Чалдышев 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.