WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

При этом расчеты предсказывали тенденцию к связы3.1. Легирование мышьяком ванию атомов йода в нейтральный комплекс с ваканКак уже было отмечено, необходимость разработки сией катиона, и в отличие от результатов, полученных новых подходов в легировании ЭС КРТ акцепторными для In, в комплекс связывалась большая часть атомов I, примесями была связана с переходом на выращивание входящих в решетку. Таким образом, концентрация тонких слоев для многослойных структур. При этом при разработке акцепторного легирования приходилось учитывать и специфику приборов, для которых выращивался материал и создавались электронно-дырочные переходы. Так, в традиционных фотодиодах требовалось акцепторное легирование на уровне 1016 см-3, для структур с геометрией, использующей рабочие p+-nи p-n--переходы, — на уровне 1017-1018 см-3, а для высокотемпературных ИК фоторезисторов и массивов фотодиодов с вертикальной геометрией и высокой плотностью элементов — порядка 1015 см-3.

Выращивание ЭС КРТ методом МПЭ всегда проводится из Te-угла фазовой диаграммы, т. е. в условиях обогащения теллуром. Рост из Hg-угла, в принципе возможный для методов ЖФЭ и ГФЭ МОС, в МПЭ ведет к образованию двойников. Кроме того, что это ухудшает качество материала в целом, существуют свидетельства, что As сегрегируется на подобных дефектах и не проявляет электрической активности [47]. Что Рис. 6. Подвижность электронов в слоях КРТ, изготовленных касается роста из Te-угла, то, поскольку МПЭ проводитметодом ГФЭ МОС, с разным уровнем легирования йодом:

ся при низких температурах (менее 200C), as grown 1 — x 0.24 [41], низший уровень концентрации электронов слои имеют n-тип проводимости и для получения слоя соответствует нелегированному образцу; 2 — x 0.22 [40];

p-типа с высокой концентрацией акцепторов необходимо 3 — x 0.23 [39]; 4 — x 0.23 [43]. Значения 1–3 измерены при 20 K, 4 — при 77 K. примесное легирование.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 10 К.Д. Мынбаев, В.И. Иванов-Омский Таблица 3. Сводка данных по легированию эпитаксиальных слоев КРТ мышьяком, рассматриваемых в обзоре Состав Метод легирования, Диапазон Метод роста Подложка Ссылка x источник примеси легирования, см-ГФЭ МОС CdTe, GaAs 0.2-0.3 Ростовое, 5 · 1015-4 · 1017 [36] поток AsHГФЭ МОС CdZnTe 0.2, 0.3 Ростовое, 2 · 1015-3 · 1017 [46,50] ГФЭ МОС CdZnTe 0.2-0.35 Ростовое, 2 · 1016-4 · 1018 [51] DMA-As TBA-As, DMA-As МПЭ CdTe 0.22-0.42 Ростовое планарное, 1014-7.7 · 1016 [35,52] CdZnTe AsГФЭ МОС GaAs/CdTe 0.23, 0.30 Ростовое, 2.3 · 1016-5.5 · 1016 [43] DMA-As МПЭ CdZnTe 0.29-0.38 Ростовое, As4 5 · 1016-3 · 1019 [47] МПЭ CdTe, CdZnTe 0.2, 0.3 Ростовое планарное, 3 · 1015-3 · 1019 [49] AsМПЭ CdZnTe 0.2, 0.3 Ростовое 2 · 1017 [53] МПЭ CdZnTe 0.3 Ростовое, As4 2 · 1016-5 · 1019 [54] МПЭ МОС CdZnTe 0.3 Ростовое, 5 · 1016-7 · 1017 [55] As и CdAs МПЭ CdZnTe 0.3 Ростовое, As4 1015-1020 [56] МПЭ CdZnTe 0.3 Ростовое, As4 1015-1016 [48] МПЭ CdZnTe, CdTe/Si 0.23-0.36 Ростовое, планарное 1015-1017 [57] МПЭ CdTe/Si 0.3 Ростовое распыление As 1015-1016 [58] из твердой фазы ЖФЭ 0.24-0.34 Ростовое, 1015 (Te-угол), [59] из жидкой фазы 2 · 1016 (Hg-угол) МПЭ CdZnTe 0.28-0.31 Ростовое, из эффузионной ячейки (1-2) · 1017 (эффузионная ячейка), [60] или ячейки с разложителем (As2) 1018-2 · 1020 (ячейка с разложителем) ГФЭ МОС GaAs, GaAs/Si 0.2, 0.3 Ростовое, 5 · 1016-1017 [45] DMA-As ГФЭ CdTe 0.19-0.30 Диффузия из HgCdTe : As 5 · 1016-1 · 1020 [61,62] МПЭ CdZnTe 0.22-0.60 Ростовое, из эффузионной ячейки 3 · 1016-4 · 1020 [32,63] или ячейки с разложителем (As2) Как было отмечено выше, традиционно использо- как доноры (возможен также вариант образования нейвавшиеся ранее для акцепторного легирования КРТ тральных комплексов с участием атомов As). Расчеты элементы I группы имеют высокие коэффициенты диф- показывают, что количество атомов As в междоузлиях в фузии, что затрудняет их применение в тонких ЭС, рассматриваемых условиях пренебрежимо мало. Чтобы используемых для современных ИК приемников, не получить материал p-типа с желаемой концентрацией говоря уже о квантово-размерных структурах. В связи акцепторов, нужно решить две задачи:

с этим основной акцент при разработке акцепторного 1) перевести атомы мышьяка из катионной подрешетлегирования для МПЭ-КРТ был сделан на мышьяке, ки в анионную, обладающем низким коэффициентом диффузии. Мышьяк 2) заполнить образовавшиеся вакансии в катионной является амфотерной примесью для КРТ, и поскольку в подрешетке.

условиях роста из Te-угла фазовой диаграммы имеется Вторая задача решается просто — путем отжига большое количество вакансий в металлической подре- в парах ртути (называемого стехиометрическим [48]), шетке и малое — в подрешетке халькогена, атомы As причем здесь высоких температур не требуется. Для реимеют тенденцию встраиваться в первую, замещая ато- шения первой задачи, однако, необходимо разрабатывать мы ртути и выступая как доноры. Таким образом, технологические приемы активации As. При этом крайне получается материал n-типа проводимости, где атомы нежелательно использование активационных отжигов мышьяка электрически активны, но не как акцепторы, а при высоких температурах, поскольку при таком отжиге Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Легирование эпитаксиальных слоев и гетероструктур на основе HgCdTe... представление о них дает табл. 3. Подробное рассмотрение этих приемов может составить предмет отдельного обзора, поэтому в рамках этой работы мы ограничимся лишь некоторыми примерами.

Из ростовых методов активации As можно отметить так называемое „планарное легирование“ [35,49,52,57].

Суть его состоит в том, что источник элементарного As включается (т. е. открывается клапан эффузионной ячейки с As) во время роста периодически. В этот момент закрываются клапаны источников Te и CdTe, но клапан Hg остается открытым. Таким образом, As и Hg принуждены реагировать на поверхности, и в растущем слое As занимает места Te, а Hg — свои собственные. В результате as grown материал имеет p-тип проводимости и переводить атомы As из одной подрешетки в другую не требуется. По оценкам авторов метода, электрически активны в таком материале около 50% атомов As. Отжигом при 450C (10 мин) с последующим отжигом при 250C (24 ч) в условиях насыщения ртутью при умеренных уровнях легирования можно увеличить активность мышьяка до 100% (см. символы 8 на рис. 7, a). Другим вариантом активационной процедуры являлся отжиг при 300C (24 ч) с последующим отжигом при 250C (24 ч) (символы 6 на том же рисунке). При отжиге только при 250C, в случае обычного легирования (клапан As открыт все время) часть образцов вообще не конвертировала в p-тип, а электрическая активность мышьяка и в случае планарного легирования оказывалась невысокой [49]. Полученные данные подтвердили необходимость проведения активационных отжигов при температурах, существенно превосходящих температуру процесса МПЭ.

Рис. 7. Электрическая активность мышьяка в МПЭ-КРТ. Для постростовой активации As, частично оказавa — данные из работ: 1–4 — [49], 5–9 — [56]. Символы шегося после роста в узлах катионной подрешетки, с нечетными номерами — обычное легирование, с четны- был предложен двухступенчатый отжиг в различных ми — планарное. Температура послеростового отжига Tann, C:

средах [47]. Вначале проводился отжиг при 250C в 1, 2 — 300; 3, 4 — 450; 5, 6 — (300 + 250); 7, 8 — 450 + 250, вакууме, а затем — при той же температуре, но в парах 9 — 250, в последнем случае ЭС имели n-тип проводимости.

Hg при относительно низком их давлении. При этом наСплошная и штриховая линии соответствуют наклону -1, блюдалась активация введенного в ЭС As как акцептора, пунктирная прямая обозначает уровень 100%-й активации мыт. е. снижение уровня компенсации, которая возникла изшьяка. b —данные из работ: 1–5 — [63], 6, 7 — [54]. Состав (x) за того, что после роста часть атомов мышьяка оказалась и температура отжига Tann, C: 1 — 0.23, 2 —0.3; 3 —0.4;

в анионной, а часть — в катионной подрешетке. По 4 — x = 0.6, Tann = 430; 5 — x = 0.6, Tann = 460; 6 — x = 0.3, мнению авторов [47], такая активация происходит по Tann = 300; 7 — x = 0.3, Tann = 436. Расчет концентраций следующей схеме. При отжиге при 250C в условиях дедефектов [65], T = 175C: 8 — [AsTe], 9 — [AsHg], 10 — 100%фицита Hg (в вакууме) происходит генерация большого я активация As.

числа вакансий Hg. При этом часть атомов Te оставляет свои узлы и занимает узлы Hg, образуя антиструктурные дефекты TeHg. Образовавшиеся вакансии Te занимаются происходит сильная диффузия атомов, и в конечном атомами As, которые становятся акцепторами. Антиитоге разрушение структур на основе тонких ЭС.

структурные дефекты TeHg при этом связываются с Очевидным решением этой проблемы являлся отжиг вакансиями ртути и двигаются к поверхности кристалла, as grown образцов n-типа при T 250C в условиях где покидают его. Вакансии ртути заполняются во время насыщения ртутью, так как с точки зрения термоди- второго этапа активации — отжига в парах Hg, так намического баланса в этих условиях для атомов As что в результате в кристалле остаются центры AsTe, равновесным является положение в узлах решетки ани- т. е. требуемые акцепторы. Квазихимические реакции для этих процессов выглядят следующим образом:

она. Однако такой отжиг даже в течение длительного 1) в процессе МПЭ:

времени (24 ч и более) не приводил к инверсии типа проводимости [47,49]. Поэтому для активации As стали As4(g) As Te + As• ; (3) разрабатывать другие технологические приемы; краткое Hg Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 12 К.Д. Мынбаев, В.И. Иванов-Омский 2) при отжиге при 250C в вакууме: атома As, оказавшегося в подрешетке халькогена, и в конечном итоге исчезает на стоке для дефектов — • TeTe + HgHg (Te• VHg) + VTe + Hg(g) (4) поверхности:

Hg и (VHg - AsTe - TeHg) (VHg - TeHg) +AsTe. (8) (Te• VHg) 2VHg + Te(g) + 3h•; (5) Hg Таким образом, стандартный низкотемпературный отжиг 3) при отжиге при 250Cв парах Hg:

в парах ртути (250, 24 ч), при помощи которого ранее • пытались провести активацию As, не может привеAs• + VTe + VHg + Hg(g) As Te + HgHg + h•. (6) Hg сти к желаемому результату. Хотя в таких условиях Важно, что, поскольку вакансии Te постоянно запол- равновесным положением для атомов As и являются няются атомами As, этот процесс не приходит к рав- узлы Te, вакансии ртути успевают заполняться быновесию в смысле наличия в кристалле определенно- стрее, чем происходит переход атомов мышьяка между го количества вакансий Te для данной температуры. подрешетками, так что последний процесс оказывается Это означает постоянное формирование вакансий Te и затруднен. На основании расчетов был сделан вывод продолжающуюся активацию As, занимающего места в о том, что для активации As как акцептора в КРТ анионной подрешетке. По мнению авторов [47], рас- необоходимо либо проводить активационный отжиг при сматриваемая схема активации работает по тому же высоких температурах, либо при низких температурах принципу, что и традиционные схемы, использующие на проводить отжиг в условиях медленного перехода от первом этапе высокотемпературный отжиг. Дело в том, условий обогащения теллуром к условиям обогащения что теоретически предсказано [64], что концентрация ртутью. Реализовать последнюю идею технически хотя пар TeHg-VHg, так же как и вакансий Hg, возрастает при и возможно, но сложно, и поэтому она представляется более высоких температурах и более низких давлениях мало привлекательной.

паров ртути. Поэтому уменьшение давления паров Hg Другая модель активации As в МПЭ-КРТ была пред(отжиг в вакууме) дает тот же эффект, что и увеличение ложена в работах [67,68]. Ключевую роль в модели [67] температуры. Таким образом, рецепт активации As при играют не вакансии ртути, а ее межузельные атомы.

низкой температуре состоит в создании неравновес- При отжиге в парах ртути ее атомы, согласно [67], проникают в кристалл из паровой фазы и диффундируют но большого числа вакансий и дефектов типа TeHg вглубь по междоузлиям. На некоторой глубине такой (TeHg-VHg).

атом выбивает атом As из узла металла. Атом As в свою Эта концепция была в дальнейшем подтверждена как экспериментально (например, в работе [58]), так и те- очередь выбивает атом Te из его узла и занимает его место. Выбитый в междоузлие теллур диффундирует к оретическими расчетами [65] (расчетные концентрации поверхности кристалла, где соединяется с атомом Hg.

атомов мышьяка, занимающих узлы теллура и ртути Реакция активации (смены места в решетке) As в этом при 175C, представлены кривыми 8 и 9 на рис. 7, b случае выглядит как соответственно). В первом случае авторы сообщали об активации As при температуре 250C путем двухступенHgi + TeTe + As• As Te + Tei + HgHg + 2h•. (9) Hg чатого отжига, где температура оставалась постоянной на всем протяжении процесса, но первая его часть Скорость процесса активации при этом ограничиваетпроходила при пониженном давлении паров ртути. Это ся скоростью удаления межузельного теллура из зообеспечивало высокую концентрацию вакансий ртути и ны реакции и оказывается обратно пропорциональной пар VHg-AsHg, необходимых для активации As (справедконцентрации примеси, а уравнение, описывающее эту ливости ради, отметим, что повторить эти результаты скорость, выглядит как другим авторам не удалось [63]). Расчеты [65] были выполнены для МПЭ-КРТ с x = 0.3 в условиях насыщения y D y =, (10) теллуром и предсказали в этих условиях вхождение As t u y2 u в катионную подрешетку.

где u — расстояние от поверхности кристалла, t — Схема переноса As в подрешетку халькогена выглявремя, дит следующим образом [66]. Исходным после роста дефектом является атом мышьяка в подрешетке катиона, Deq.HgCTe связанный на вакансии ртути. Расчет предсказывает y = CAs /Ceq.Hg = CAs /gCAs, D = Te AsTe Te g(1 - g)CAs большую концентрацию таких комплексов в as grown материале. Этот комплекс взаимодействует с атомом и теллура, находящимся в своем узле:

g = CAs /Ceq.Hg.

Te AsTe Таким образом, процесс конверсии идет очень быстро, (AsHg - VHg) +TeTe (VHg - AsTe - TeHg). (7) пока количество атомов мышьяка в подрешетке теллура Далее образуется комплекс (вакансия катиона)– CAs мало, но замедляется с ростом этой концентрации Te (антиструктурный теллур), который диффундирует от из-за пересыщения кристалла межузельным теллуром.

Pages:     | 1 | 2 || 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.