WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 11 УДК 621.315.592 Халькогенидная пассивация поверхности полупроводников AIIIBV Обз ор ©В.Н. Бессолов, М.В. Лебедев Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получен 9 июня 1998 г. Принят к печати 10 июня 1998 г.) Проведен анализ работ, посвященных халькогенидной пассивации (атомами серы и селена) поверхности полупроводников AIIIBV. Рассмотрены особенности формирования химических связей, атомная структура и электронные свойства поверхности полупроводников AIIIBV, покрытых атомами халькогенидов. Обсуждаются успехи последних лет в применении халькогенидной пассивации в полупроводниковой технологии, а также тенденции и перспективы развития этого направления.

1. Введение ативных центров рекомбинации и (или) сами эти центры становятся менее активными.

Работы по пассивации поверхности полупроводников Полупроводники AIIIBV в настоящее время широко AIIIBV ведутся главным образом по двум направлениям.

используются для создания быстродействующих элекПервое — нанесение относительно толстых (толщиной тронных и мощных СВЧ приборов, а также оптоэлекот десятков нанометров до нескольких микрометров) тронных устройств инфракрасного и видимого оптичедиэлектрических слоев; при этом формируется гетероских диапазонов. В последние годы в полупроводниковой переход полупроводник–диэлектрик, свойства которого электронике ярко выражены тенденции к непрерывнобудут во многом зависеть от плотности состояний на му уменьшению размеров активных областей приборов.

границе раздела, которая в свою очередь будет зависеть Вследствие этого поверхности и границы раздела оказыот способа создания этого гетероперехода и подготовки вают все более заметное влияние на их характеристики.

поверхности полупроводника; в это направление входит В идеальном случае поверхность или граница раздела пассивация слоем естественного окисла, получаемого представляет собой резкий барьер, позволяющий четко такими методами, как термическое или плазменное окиразграничить внутренние области прибора или устаносление, анодирование, а в последнее время и эпитаквить его внешние границы. Поверхность большинства сия, и также пассивация слоем инородного диэлектрика.

полупроводников AIIIBV характеризуется высокой плотВторое — модификация атомной структуры поверхности ностью поверхностных состояний в запрещенной зоне, чужеродными атомами, в результате которой происходит что приводит к жесткому закреплению уровня Ферми, перестройка электронной структуры поверхности полуположение которого на поверхности практически не проводника, что часто используется и для подготовки зависит от природы адсорбированных атомов. Это обстоповерхности к последующему нанесению диэлектрика; в ятельство отрицательно сказывается на работе многих это направление входит пассивация атомами элементов микро- и оптоэлектронных приборов, мешая в полной V–VII групп таблицы Менделеева. В данном обзоре мере раскрыть высокие потенциальные возможности мы не будем касаться вопросов технологии пассивации этих полупроводников.

толстыми диэлектрическими слоями и модификации атоДля устранения нежелательного воздействия поверхмами элементов V и VII групп. Необходимые сведения ности на свойства приборов в технологии активно развичитатель может найти в литературе [2–7].

вается направление, называемое ”пассивацией”, в рамках Халькогенидная пассивация (модификация атомами которого разрабатываются различные способы обработсеры или селена) позволяет осуществлять как химики поверхности, связанные с нанесением на нее различческую, так и электронную пассивацию поверхности и ных покрытий. Технология пассивации поверхности попоэтому является многообещающим методом в технололупроводника должна решить три задачи [1]: во-первых, гии полупроводников AIIIBV. Использование халькогепредотвратить реакцию полупроводника с атмосферой нидной пассивации, с одной стороны, позволяет сущев течение всего времени жизни полупроводникового ственно уменьшить плотность поверхностных состояний прибора (химическая пассивация); во-вторых, устранить в запрещенной зоне, снизить скорость поверхностной интерфейсные состояния из запрещенной зоны, а также рекомбинации и за счет этого улучшить многие хараквосприпятствовать их образованию (электрическая пас- теристики различных приборов, а с другой стороны, сивация); наконец, в-третьих, обеспечить достаточный позволяет существенно замедлить процессы окисления барьер, чтобы электроны полупроводника не терялись полупроводниковой поверхности в атмосфере. Развитие в пассивирующем слое. Термин ”пассивация” означает, этого метода берет свое начало с середины 80-х годов и что поверхность полупроводника становится менее хи- к настоящему времени число работ, посвященных хальмически активной и при этом на ней становится меньше когенидной пассивации и взаимодействию атомов серы 1 1282 В.Н. Бессолов, М.В. Лебедев и селена с поверхностью полупроводников AIIIBV пере- Кроме того, наряду с неорганическими сульфидами и шагнуло за пять сотен. Очевидные успехи по улучшению селенидами для пассивации поверхности GaAs испольхарактеристик полупроводниковых приборов и огромный зовались и сложные сульфидсодержащие органические интерес, проявляемый к этой проблеме со стороны соединения: тиолы, растворенные в неводных раствоисследователей из многих стран, послужили основанием рителях, [20,21] и [CH3(CH2)17]2NCSSNa [22]. Такая предложить читателю данный обзор, в котором рассма- обработка позволила получить поверхность GaAs не триваются физико-химические аспекты халькогенидной хуже, чем в результате пассивации в растворах сульфида пассивации полупроводников AIIIBV и приборов на их натрия; при этом она характеризовалась хорошей устойоснове. чивостью к нагреву и выдержке в атмосфере.

Дальнейшее развитие технология сульфидной пассивации из растворов получила после использования элек2. Особенности технологии трохимического осаждения сульфидов на поверхность халькогенидной пассивации полупроводника. Впервые это было использовано при сульфидировании InSb с целью повышения качества 2.1. Пассивация из растворов МДП структур [23]. Для такой пассивации испольШирокое развитие халькогенидной пассивации нача- зовались как водные растворы сульфида аммония, так и растворы сульфида натрия в этиленгликоле [24,25].

лось с работы Сандроффа с соавт. [8], в которой была предложена методика улучшения характеристик бипо- Электрохимическая сульфидная пассивация позволила лярных транзисторов AlGaAs / GaAs. В их варианте ме- получить относительно толстое сульфидное покрытие на поверхности GaAs, свойства которого не деградируют тода на полупроводниковую структуру наносился водный под действием мощного лазерного излучения [26], и раствор сульфида натрия (Na2S: 9H2O) с концентрацией нашла свое практическое применение для улучшения 0.5 1.0 M, после чего структура раскручивалась в характеристик лазерных диодов на основе AlGaInP [25].

центрифуге со скоростью 5000 об / мин в течение 60 с Еще одним перспективным направлением сульфидной (метод spin-on).

В работе [9] впервые были применены водные рас- пассивации является сульфидирование в спиртовых растворы другого неорганического сульфида, наиболее ча- творах. Использовались растворы сульфида натрия и сульфида аммония в этаноле, изопропаноле, бутаноле, сто используемого и в настоящее время, — сульфида трет-бутаноле. В работах [27,28] было показано, что аммония, (NH2)2S. Практически одновременно с этим уменьшение диэлектрической проницаемости раствориавторы [10] использовали водные растворы сульфида теля приводит к существенному повышению интенсиваммония, в которых было добавлено 6% избыточной серы. После пассивации структуры промывались деиони- ности фотолюминесценции сульфидированного GaAs, козованной водой и высушивались в потоке сухого азота. торая не снижалась даже после получасового облучения полупроводника светом мощного лазера. Кроме того, Такая обработка, в отличие от пассивации в растворах сульфида натрия, уже не оставляла никакой видимой пассивация в спиртовых растворах сульфида натрия позволила существенно повысить порог катастрофической пленки на поверхности полупроводника.

оптической деградации лазеров InGaAs / AlGaAs [29,30].

Вработе [11] для пассивации поверхности GaAs были использованы растворы P2S5 / NH4OH. Обработка в таких растворах позволила достичь большей стабильности 2.2. Пассивация из газовой фазы люминесцентных свойств после 10-дневной выдержки сульфидированного полупроводника на воздухе, чем об- Взаимодействие поверхности полупроводников AIIIBV работка в растворе сульфида натрия. Позднее использо- с атомами халькогенидов, адсорбирующимися из газовались растворы P2S5 / (NH4)2S [12,13]. Такой раствор вой фазы, активно изучается с конца 70-х годов. На позволил получить пассивированный GaAs, интенсив- первом этапе работ в качестве объектов исследований ность фотолюминесценции которого существенно превы- использовались свежеприготовленные полупроводникошала интенсивность фотолюминесценции контрольного вые поверхности, находящиеся в сверхвысоком вакуGaAs, пассивированного в чистом (NH4)2S, и характери- уме. В [31] изучалась адсорбция различных молекул, в зовалась также большей стабильностью. Характеристи- том числе и H2S, на свежесколотой поверхности GaAs ки барьеров Шоттки Al- и Au–GaAs, изготовленных с (110). В работе [32] исследовалась адсорбция H2S на использованием полупроводника, сульфидированного в поверхности сильно легированного n-GaAs (100), вырарастворе P2S5 / (NH4)2S, также были заметно лучше. щенного непосредственно перед экспериментом методом В дальнейшем пассивация поверхности GaAs прово- молекулярно-пучковой эпитаксии.

дилась в водных растворах K2Se, а также в раство- Автор работы [33] применил специальную подготоврах Na2S + RuCl3 [14], Na2Se/NH4OH [15], SeS2 [16], ку поверхности GaAs, покрытой слоем естественного S2Cl2 [17], Se/NH4OH [18]. Для повышения эффективно- окисла, для нанесения серы и селена из газовой фазы.

сти пассивации было предложено проводить сульфидную Для этого он погружал GaAs в свежеприготовленный обработку в водных растворах при освещении полупро- раствор H2SO4 :H2O2 :H2O (4:1:1) для удаления меводника белым светом при нагревании раствора [19]. ханических нарушений поверхности, после чего сразу Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Халькогенидная пассивация поверхности полупроводников AIIIBV. О б з о р же помещал полупроводник в сверхвысоковакуумную комнатной температуре. Авторы [44] тоже использовали камеру. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия фотостимулированный процесс, при этом в качестве поверхности показала, что после такой обработки на источника серы они использовали капсулу с аллотропной модификацией серы S8, в качестве источника света — поверхности остается тонкий (8 10 ) слой окисла, ультрафиолетовую ртутную лампу.

который в [33] удалялся путем нагрева полупроводника до 550C в условиях вакуума. Очищенная таким образом поверхность полупроводника помещалась в вакууме при 3. Формирование химических связей комнатной температуре около открытой кварцевой амна поверхности полупроводников пулы, которая была заполнена высокочистой серой или AIIIBV при халькогенидной селеном. Сера и селен испарялись при нагреве ампулы.

пассивации Сысоев с соавт. [34] с целью создания изолирующего покрытия на поверхности GaAs проводили гетерова3.1. Механизм формирования пассивирующего лентное замещение поверхностного мышьяка атомами покрытия селена. Эксперименты проводились в предварительно откачанных ампулах. Температура подложки поддержиРассмотрим формирование пассивирующего покрытия валась выше температуры селена, которая определяла на примере сульфидной пассивации. В процессе пассипарциальное давление его паров.

вации полупроводник приводится в контакт с сульфидВработе [35] проводилось сульфидирование как GaAs содержащим раствором или газом и выдерживается не(100), так и InP (100). Химически полированные полукоторое время. Процесс формирования пассивирующего проводниковые пластины отжигались в атмосфере водопокрытия на поверхности полупроводников AIIIBV можрода при температуре 550C (GaAs) или 300C (InP).

но условно разделить на два этапа. На первом этапе проСульфидирование проводилось без контакта с воздухом.

исходит удаление с поверхности окисного слоя (рис. 1), В качестве сульфидирующего газа использовалась смесь представляющего собой смесь различных фаз окислов H2S/H2, получаемая при разложении сульфида меди в компонентов полупроводника, толщиной несколько деводороде; при этом химический потенциал серы в газе сятков ангстрем. При сульфидировании в растворах (в контролировался при помощи варьирования температу- частности, в водных и спиртовых растворах неорганичеры разложения. В работе [36] применено термическое ских сульфидов и в растворах, содержащих монохлорид сульфидирование, которое проводилось в атмосфере се- серы) окисный слой травится непосредственно пассироводорода путем повторения температурного цикла, вирующим раствором. При сульфидировании из газовой состоящего из выдержки GaAs при низкой температуре фазы для нанесения пассивирующего покрытия необходимо принять дополнительные меры подготовки поверх(90 95 K) и нагрева до 600 K.

ности — например, с помощью высокотемпературного Авторы [37] предложили использовать для пассивации поверхности InP плазменную методику. В потоке серо- отжига (T > 600C) в сверхвысоком вакууме [33] или воздействия ультрафиолетовым излучением [43].

водорода производился коронный разряд. В результате В общем виде химическую реакцию образования сульна поверхности полупроводника получались относительфидного покрытия из растворов неорганических сульфино толстые (140 350 ) сульфидные слои. Позднее дов можно записать следующим образом [45,46]:

аналогичная методика использовалась и для пассивации GaAs [38]. В работе [39] смесь, состоящая из атомарAIIIBV + HS- + R-OH ного водорода и молекул сероводорода, разлагалась при помощи СВЧ разряда, в результате чего получалась ато(AIII)x Sy +(BV)x Sy + R-O- + H2. (1) марная сера, которая адсорбировалась на поверхности Здесь R обозначает либо атом водорода (для водных GaAs при 60 70C. В результате такой обработки сера растворов), либо алкильную группу (для спиртовых связывалась исключительно с атомами галлия.

растворов). Стехиометрические коэффициенты x (x ) и В ряде работ [40,41] адсорбция серы на поверхность y (y ) могут, в общем случае, принимать значения от GaAs осуществлялась с помощью твердотельного элекдо 5 (например, GaS, In2S3, Sb2S5) и, как правило, после трохимического источника Ag / AgI / Ag2S / Pt, из которосульфидирования на поверхности присутствует смесь го выходил поток молекулярной серы S2. Авторы [42] исразличных сульфидов (а также и оксосульфидов [24]).

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |



© 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.