WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 12 УДК 621.315.592 Совместная имплантация кремния и фосфора в нелегированную и легированную индием подложки GaAs © Н.Н. Дымова2, А.Е. Куницын1, А.В. Марков3, В.В. Чалдышев1 1 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия 2 Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, 117924 Москва, Россия 3 Государственный институт редкометаллической промышленности, 109017 Москва, Россия (Получена 24 июня 1997 г. Принята к печати 14 июля 1997 г.) Исследованы электрические свойства и низкотемпературная (4.2 K) фотолюминесценция сильнолегированных слоев n-типа проводимости, полученных имплантацией ионов кремния и кремния совместно с фосфором в нелегированные и легированные индием полуизолирующие подложкир GaAs, выращенные методом Чохральского. Показано, что совместная имплантация Si + P приводит к подавлению глубоких уровней в анионной подрешетке, увеличивает степень активации доноров и позволяет получить более резкий профиль распределения внедренной примеси в подложках обоих типов. Использование подложек GaAs, легированных изовалентной примесью In, не сказывается на степени активации доноров, но способствует отжигу радиационных дефектов.

1. Введение Ранее [1,2] было показано, что совместная имплантация изовалентной примеси P и электрически активной В настоящее время метод ионной имплантации ши- примеси Si в GaAs приводит к увеличению степени активации доноров. Известно также, что введение нероко применяется в производстве полупроводниковых большого количества изовалентной примеси In позволяприборов. В частности, с его помощью создаются слои ет получать монокристаллы GaAs с низкой плотностью с повышенной концентрацией носителей зарядов обоих дислокаций методом Чохральского [3], а при выращитипов, необходимые при изготовлении полевых транзивании эпитаксиальных слоев приводит к уменьшению сторов и интегральных микросхем различного применеконцентрации глубоких уровней [4,5].

ния. Проблема получения слоев с максимально возможВ данной работе анализируются результаты совместной концентрацией электронов не может быть решена ного использования двух изовалентных примесей для попростым увеличением дозы имплантируемой примеси по лучения сильнолегированных слоев n-типа проводимости ряду причин. Повышение дозы имплантации сопровождаза счет двойной имплантации Si + P в легированные инется увеличением количества вводимых радиационных дием подложки полуизолирующего арсенида галлия, выдефектов, для отжига которых требуется более жесткая ращенные методом Чохральского. Проведено сравнение термообработка, нежелательная, в частности, из-за ухудэкспериментальных данных по имплантации Si и Si + Pв шения профиля распределения легирующей примеси и подложки GaAs (In) и подложки нелегированного GaAs.

усложняющая технологию качественного изготовления слоев. В случае приборов, создаваемых на подложках арсенида галлия, следует также учитывать возможность 2. Эксперимент вхождения имплантированных атомов в подрешетки обоих типов. Эта проблема тем более актуальна, что наиНелегированные и легированные индием полуизолиболее распространенной примесью, применяющейся для рующие подложки GaAs с ориентацией (100), толщиной формирования слоев n-типа проводимости в GaAs ме300 мкм и диаметром 40 мм были вырезаны из монокритодом ионной имплантации, является кремний, имеюсталлов, выращенных методом Чохральского с жидкостщий низкий коэффициент диффузии в арсениде галлия ной геметизацией. Удельное сопротивление подложек и сравнительно малый атомный вес. При повышенных составляло 4.5 · 108 и 2.4 · 107 Ом · см соответственно.

дозах имплантации этот элемент IV группы встраиваПроцесс ионной имплантации проводился при комнат30 ется не только в подрешетку галлия (донор SiGa), но ной температуре с использованием ионов Si+ и P+ с и в подрешетку мышьяка (акцептор SiAs), тем самым энергиями 20, 50 и 125 кэВ таким образом, чтобы поснижая степень активации доноров за счет самоком- лучить однородно легированный слой толщиной 0.1 мкм.

пенсации. Кроме того, большие дозы кремния приводят Концентрация примесей варьировалась от 2.2 · 1013 до к формированию глубоких уровней в анионной подре- 1.6·1014 см-2 для кремния иот 1.1·1014 до 1.6·1014 см-шетке, в которых Si связан с собственными дефектами для фосфора. Последующий отжиг слоев проводился решетки. при температуре 850C в течение 15 мин. в атмосфере 1 1410 Н.Н. Дымова, А.Е. Куницын, А.В. Марков, В.В. Чалдышев Рис. 1. Зависимость слоевой концентрации электронов (a) и степени активации доноров (b) от дозы имплантированного кремния. 1, 1 — образцы, имплантированные Si + P; 2, 2 — образцы, имплантированные только Si. Тип подложки:

1, 2 — нелегированная; 1, 2 — легированная индием.

водорода под защитой слоя Si3N4 толщиной 0.12 мкм, на- Измерения подвижности электронов показали, что при несенного на пластины GaAs пиролитическим способом переходе от малых доз имплантации к большим подвижпри температуре 700C. ность уменьшается от 3100 до 1800 см2/В · с в образцах, выращенных на нелегированых подложках, и от 3250 до Для исследования полученных слоев использова2100 см2/В · с на подложках, легированных индием. При лись низкотемпературная фотолюминесценция (ФЛ) и любых дозах внедренных ионов совместная имплантация электрические измерения. Измерения подвижности и кремния и фосфора не ухудшала значения подвижности концентрации носителей заряда проводились методом носителей заряда по сравнению с имплантацией только Ван-дер-По при температурах 77–300 K. Профили расионов кремния, а в некоторых случаях превышала ее пределения носителей заряда были получены путем изна 30%, т. е. несмотря на большее количество создамерения вольт-фарадных характеристик с применением ющихся радиационных дефектов двойная имплантация послойного травления образцов. Исследования ФЛ проэлектрически активной примеси Si и изовалентной приводились при температуре 4.2 K в спектральном диапамеси P не приводит к ухудшению кристаллического созоне 800–1200 нм. Возбуждение производилось Ar+-лазером (длина волны 514.5 нм), для регистрации сигнала использовался охлаждаемый фотоэлектронный умножитель ФЭУ-62.

3. Результаты На рис. 1 показаны слоевая концентрация носителей заряда (a) и коэффициент активации доноров (b) для всех образцов в зависимости от дозы имплантированного кремния. Видно, что во всех случаях увеличение дозы электрически активной примеси приводит к уменьшению степени активации доноров. Однако, при больших дозах совместная имплантация кремния и фосфора ведет к увеличению коэффициента активации доноров (а, следовательно, и слоевой концентрации электронов) в 1.5-2 раза по сравнению с введением только Si. Видно также, что использование различных типов подложки (неленированной и легированной индием) практически Рис. 2. Типичные профили концентрации электронов в не оказывает влияния на эти параметры.

GaAs : Si + P (1) и GaAs : Si (2).

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Совместная имплантация кремния и фосфора в нелегированную и легированную индием... Рис. 3. Спектры низкотемпературной (4.2 K) фотолюминесценции слоев GaAs, полученных имплантацией малых (a) ибольших(b) доз Si и Si + P в нелегированную подложку. 1 — двойная имплантация, 2 — имплантация одного кремния, 3 — спектр подложки.

Рис. 4. Спектры низкотемпературной (4.2 K) фотолюминесценции слоев GaAs, полученных имплантацией малых (a) ибольших(b) доз Si и Si + P в подложку, легированную индием. 1 — двойная имплантация, 2 — имплантация одного кремния, 3 —спектр подложки.

вершенства слоя. Следует отметить, что неравномерное Видно, что, кроме более резкого профиля концентрации распределение индия по монокристаллу GaAs (In) не электронов, совместная имплантация кремния и фосфопозволило провести количественный анализ полученных ра приводит к повышению максимальной концентрации данных по подвижности носителей заряда в зависимости носителей на 20-50% по сравнению с одиночной имот дозы имплантированной примеси. Однако, сравнение плантацией.

данных для слоев GaAs : Si и GaAs : Si + Pс одинаковыми На рис. 3, a представлены спектры низкотемпературдозами кремния приводит к качественно одинаковым ной ФЛ образцов, имплантированных Si и Si + P в случае результатам.

малых доз имплантируемых примесей. Для сравнения На рис. 2 показан типичный профиль распределения также показан спектр ФЛ подложки GaAs. В исходном концентрации носителей заряда по глубине слоя, полу- нелегированном GaAs наблюдались линии ФЛ, связанченный путем измерения вольт-фарадных характеристик. ные с межзонными переходами (1.512 эВ), а также ли1 Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 1412 Н.Н. Дымова, А.Е. Куницын, А.В. Марков, В.В. Чалдышев нии, относящиеся к переходам между зоной и мелкими полосу ФЛ с центром 1.45–1.47 эВ. Обычно эту линию акцепторами C и Ge (1.492 и 1.476 эВ), сопровождаю- ФЛ связывают с присутствием в анионной подрешетке щиеся серией фононных повторений [6]. Как в случае дефектов GaAs, Gai–SiAs и VAs-SiAs [2]. В случае двойной имплантации одного кремния, так и при совместной имплантации Si + P эти дефекты исчезают, а в катионной имплантации Si + P интегральная интенсивность фото- подрешетке появляются глубокие центры, связанные с люминесценции воразстает, причем это увеличение бо- комплексом VGa-SiGa, приводящие к появлению линии лее заметно в образце с одиночной имплантацией. Ин- ФЛ 1.2 эВ [7]. Причиной этого эффекта может быть тенсивность линий, связанных с мелкими акцепторами, создаваемое ионами изовалентной примеси P отклонеувеличивается в большей степени, чем линий краевого ние от стехиометрии, приводящее к избытку элемента излучения, а максимум акцепторной полосы смещается V группы и перерспределению амфотерной примеси Si в в сторону больших длин волн. Если в случае двойной сторону преимущественного создания донорных состояимплантации этот сдвиг можно объяснить увеличением ний в узлах галлия. Это предположение подтверждается вклада донорно-акцепторной рекомбинации с участием измерениями слоевой концентрации электронов.

фонового акцептора углерода, то при имплантации одно- Использование подложек GaAs, легированных индием, го кремния большее смещение акцепторной полосы сле- приводит к подавлению глубоких центров, образующихдует связать с появлением в спектре линий, связанных с ся в процессе ионной имплантации. Так, исследования SiGa [6]. При увеличении дозы имплантированных ионов ФЛ показали, что полосы излучения, связанные с де(рис. 3, b) в GaAs : Si в спектре появляется чрезвычайно фектами GaAs, Gai–SiAs и VAs-SiAs в случае имплантации широкая акцепторная полоса с максимумом 1.45–1.47 эВ, одного кремния и с комплексом VGa-SiGa в случае двойинтенсивность которой растет при дальнейшем повыше- ной имплантации, проявляются только при максимальнии дозы имплантации. Для образцов с двойной имплан- ных дозах вводимых примесей. Подобное явление ранее тацией вместо полосы 1.45–1.47 эВ наблюдается слабая наблюдалось в полученных различными методами эпиширокая линия в области 1.2 эВ, интенсивность которой таксиальных пленках GaAs, легированных индием [4,5].

также увеличивается с ростом дозы внедряемых ионов. Известно, что примесь In в GaAs электрически не акСпектры ФЛ образцов, полученных на подложках, тивна. Однако, создаваемые атомами индия локальные легированных индием, для малых (a) и больших (b) доз напряжения в решетке могут воздействовать на точечные имплантации показаны на рис. 4. Изменения, вызван- дефекты, такие как вакансии, междоузлия и т. д. При этом ные как отличием дозы имплантации, так и набором атомы индия могут действовать как центры взаимной имплантированных ионов, носят такой же качествен- аннигиляции пар Френкеля, предотвращая образование ный характер, что и в предыдущем случае. Все линии комплексов собственных дефектов решетки и кремния.

сдвинуты в сторону больших длин волн вследствие Этот эффект должен приводить к улучшению качества уменьшения ширины запрещенной зоны материала за кристаллической решетки и к увеличению времени жизсчет присутствия индия. Следует отметить, что полосы ни носителей заряда, что подтверждается увеличением излучения 1.45–1.47 эВ [для GaAs (In) : Si] или 1.2 эВ интенсивности краевого излучения ФЛ. Можно было бы [для GaAs (In) : Si,P] проявляются при больших дозах им- ожидать, что уменьшение количества образующихся ком плантации, чем в случае использования нелегированных плексов приведет к увеличению степени активации доноподложек. Интегральная интенсивность ФЛ образцов, ров, однако, типичные значения концентрации глубоких выращенных на легированной индием подложке, при центров намного меньше концентрации доноров кремния любых дозах имплантации выше по сравнению с образ- и, следовательно, слоевая концентрация электронов в цами, полученными на нелегированной подложке. Кроме случае использования нелегированных и легированных того, в случае легирования подложки индием отмечается индием подложек практически одинакова.

увеличение вклада донорно-акцепторных переходов по сравнению с материалом, полученным на нелегирован5. Заключение ной подложке GaAs.

Исследования электрических свойств и низкотемпера4. Обсуждение результатов турной фотолюминесценции слоев n-типа проводимости, полученных имплантацией ионов кремния и кремния Результаты наших исследований показывают, что вли- совместно с фосфором в нелегированные и легированные яние двойной имплантации кремния и фосфора про- индием полуизолирующие подложки GaAs показали, что является сходным образом для образцов, полученных двойная имплантация увеличивает степень активации докак на нелегированных подложках, так и на подложках, норов и обеспечивает более резкий профиль распределелегированных индием. ния легирующей примеси при больших дозах имплантаИсследования фотолюминесценции показали, что при ции для обоих типов подложки. Обнаружено, что двойная повышении дозы имплантации ионы кремния формируют имплантация подавляет образование глубоких уровней в арсениде галлия не только доноры SiGa, но и акцепторы в анионной подрешетке, но приводит к формированию SiAs, а также образуют комплексы, ответственные за глубоких дефектов в подрешетке галлия. По-видимому, Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Совместная имплантация кремния и фосфора в нелегированную и легированную индием... эти явления связаны с отклонением от стехиометрии, создаваемым изовалентной примесью P, стимулирующим образование ионами кремния мелких донорных состояний в узлах галлия. Использование подложек GaAs, легированных индием в процессе роста, не оказывает влияния на слоевую концентрацию электронов, но способствует лучшему отжигу радиационных дефектов, создающихся в процессе ионной имплантации.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований.

Список литературы [1] F. Hyuga, H. Yamazaki, K. Watanabe, J. Osaka. J. Appl. Phys., 50, 1592 (1987).

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.