WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 4 06;12 Исследование структурного совершенства, распределения и перераспределения кремния в эпитаксиальных пленках GaAs, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках с ориентациями (100), (111)A, (111)B © Г.Б. Галиев,1 В.Г. Мокеров,1 В.В. Сарайкин,1 Ю.В. Слепнев,1 2 Г.И. Шагимуратов,1 Р.М. Имамов,2 Э.М. Пашаев 1 Институт радиотехники и электроники РАН, 103907 Москва, Россия 2 Институт кристаллографии РАН, 113333 Москва, Россия (Поступило в Редакцию 21 марта 2000 г.) Методами рентгеновской дифрактометрии и ВИМС исследованы распределение кремния до и после термического отжига в тонких легированных слоях GaAs, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках с ориентациями (100), (111)A, (111)B. С помощью атомно-силового микроскопа исследованы рельефы поверхности выращенных эпитаксиальных пленок вне и внутри кратера ионного травления, возникающего во время измерения методом ВИМС. Выявлены особенности рельефа поверхности внутри кратера для разных ориентаций. Обнаруженные изменения формы профилей легирования объяснены как особенностями развития рельефа поверхности во время ионного травления при измерении методом ВИМС, так и ускоренной диффузией Si по дефектам роста.

Введение Экспериментальная часть Крмений до настоящего времени остается основным Исследуемые структуры выращивались методом МЛЭ материалом, используемым для легирования эпитакси- на полуизолирующих подложках GaAs с ориентациями V альных пленок (ЭП) AIIIB, выращиваемых методом (100), (111)Aи (111)Bпри = 28 и температуре роста молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). В зависимо- TG = 600C. Значение выбиралось из соображений, сти от условий роста и ориентации подложки он, как что при этих ЭП на подложках (111)A и (111)B амфотерная примесь, может занимать узлы как в под- получаются близкими к компенсированным и зеркальной решетке галлия (SiGa), так и в подрешетке мышьяка поверхности [3], т. е. атомы Si занимают и узлы As, (SiAs). В случае арсенида галлия при ориентации под- и узлы Ga в кристаллической решетке GaAs. Чтобы ложки (100) кремний занимает место преимущественно достичь идентичности технологических условий, все три в подрешетке Ga, образуя ЭП n-типа проводимости. На образца растили в одном технологическом процессе. Это подложках с ориентацией (111)A в зависимости условий осуществлялось с помощью приклеивания трех подлороста, т. е. от температуры подложки и соотношения жек с разными ориентациями на один молибденовый потоков мышьяка и галлия ( = PAs/PGa, где PAs и держатель образца с помощью индия, что позволило PGa — парциальные давления мышьяка и галлия в зоне обеспечить одинаковые условия роста для всех образцов.

роста) можно получить как компенсированные ЭП, так После выращивания буферного слоя толщиной 0.5 µm n- или p-типа проводимости [1–5]. Однако структурное выращивались три легированных кремнием слоя толщисовершенство эпитаксиальных пленок может быть при ной 320, разделенных нелегированными слоями толэтом очень разным [6]. щиной 640 ; толщина верхнего нелегированного слоя При изготовлении приборов важное значение имеют (кап-слой) составляла 1280. Схематически структура резкость перехода подложка–эпитаксиальный слой и рас- исследуемых образцов приведена на рис. 1. При форпределение примесей в ЭП. Если поведение кремния в мировании легированных слоев температура кремниеподрешетке галлия SiGa для GaAs (100) во время роста вого источника задавaлась такой, чтобы обеспечить в и после термического отжига изучено детально [7–13], ЭП GaAs (100) концентрацию электронов проводимости то для легированных кремнием ЭП GaAs, выращенных ne 1018 cm-3.

= на подложках с ориентациями (111)A и (111)B, таких Исследование кристаллической структуры ЭП проводанных в литературе практически нет. дилось на автоматизированном рентгеновском спектроЦелью данной работы является исследование струк- метре по двухкристальной бездисперсионной схеме с турного совершенства ЭП GaAs, выращенных на под- использованием в качестве кристаллов-монохроматоров ложках с ориентациями (100), (111)A и (111)B, и высокосовершенных кристаллов Ge в отражающем пораспределения в них кремния во время роста и после ложении (400) и (111) и CuK1-излучения. Щель после термического отжига. монохроматора имела размеры 0.2 0.5 mm, а перед 48 Г.Б. Галиев, В.Г. Мокеров, В.В. Сарайкин, Ю.В. Слепнев...

видно из рис. 2, a, для образца, выращенного на подложке GaAs с ориентацией (100), наблюдается уменьшение полуширины пика (W) кривой КДО после отжига (от 15 до отжига до 13 после отжига). Кроме того, наблюдается спад ”хвостов” КДО после отжига. Это свидетельствует об улучшении кристаллической структуры ЭП после отжига [7].

Несколько иная ситуация наблюдается для случая ЭП, выращенных на подложках GaAs с ориентацией (111)A.

Как видно из рис. 2, b КДО в этом случае не претерпевает существенных изменений. Полуширина КДО от отжига составляет 24, а после отжига —28.

Сильно отличающаяся ситуация по сравнению с ориентациями (100) и (111)A наблюдается для случая с ориентацией (111)B. Как видно из рис. 2, c, КДО для ЭП на (111)B имеет совершенно другой вид. Наряду с основным пиком со значением W 33 по обе стороны от максимума пика наблюдаются широкие ”хвосты” большой интенсивности в диапазоне углов от ±Рис. 1. Схема поперечного сечения исследуемых образцов.

до ±300. Наличие таких особенностей в КДО может 1–3 — легированные кремнием области.

быть связано как с рассеянием рентгеновских лучей на несовершенствах кристаллической решетки, так и с возможным образованием дополнительной когерентсцинциляционным детектором — 1 2 mm. Измерения проводились в диапазоне углов 1100 в шаговом режиме с интервалом 5 вне области сильных дифракционных максимумов и 0.5 в области пика от подложки GaAs. Время накопления в точке составляло 60 s. Колебания интенсивности падающего излучения за время измерения не превышали 1.5%. Собственный шум детектора не превышал 0.2 pulse / s. Воспроизводимость результатов при повторных измерениях была не хуже 3%.

Профили распределения концентрации кремния по глубине NSi(x) измерялись на вторично-ионном массспектрометре IMS-4F фирмы ”Самеса”. При этом в качестве первичного пучка использовались ионы кислорода O+ с энергией Ep = 5 keV. Площадь растра составляла 250 250 µm, а сбор вторичных ионов кремния осуществлялся с центрального участка растра размером 60 60 µm при разрешении по массам 5000. Измерения шероховатости поверхности образца вне и внутри кратера после ионного травления при ВИМС проводились на атомно-силовом микроскопе (ACM) P7-SPMLS-MDT (микроскоп компании HT-MDT) в режиме темпинг моды.

Область сканирования составляла 10 000 10 000 nm.

Последующий отжиг образцов для исследования перераспределения Si проводился в камере роста установки МЛЭ в потоке мышьяка при температуре отжига Ta = 750C в течение 1 h и при давлении мышьяка PAs 10-5 Torr.

= Результаты измерений и обсуждение Рис. 2. Кривые дифракционного отражения эпитаксиальных На рис. 2 представлены измеренные кривые дифракципленок, выращенных на подложках с ориентациями (100), онного отражения (КДО) для всех исследуемых образцов (111)Aи (111)B. Сплошная кривая — КДО до отжига, штридо и после отжига при Ta = 750C в течение 1 h. Как ховая — КДО после отжига.

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. Исследование структурного совершенства, распределения и перераспределения кремния... в легированных областях 1–3 соответственно, согласно рис. 1). Для образцов после отжига, как видно из рис. 4, ситуация другая, а именно: NSi(1) < NSi(2) < NSi(3) для ориентаций (100) и (111)A и NSi(1) > NSi(2) > NSi(3) для ориентации (111)B.

В табл. 1 представлены значения полной ширины при половине максимума пиков NSi(x), т. е. величины FWHM (FWHM — full width at half maximum) для исследуемых образцов до и после отжига, NSi(x) которых представлены на рис. 3 и 4. Обозначим значения FWHM соответствующих легированных слоев (согласно рис. 1) до отжига символами 00(1, 2, 3), 0A(1, 2, 3), 0B(1, 2, 3), а после отжига a0(1, 2, 3), aA(1, 2, 3), aB(1, 2, 3) для ориентаций (100), (111)A и (111)B соответственно. По этим данным видно, что для ориентаций (100) и (111)B значения FWHM для пиков 1–до отжига соотносятся как 00(1) < 00(2) < 00(3) и 0B(1) < 0B(2) < 0B(3), а для (111)A 0A(1) 0A(2) 0A(3). Следует также отметить, что для ориентации (111)B значения FWHM существенно больше чем для ориентаций (100) и (111)A.

Рассмотрим сначала ситуацию до отжига для ориентаций (100) и (111)B. Уширение профилей легирования Рис. 3. Профили распределения кремния по глубине NSi(x), измеренные методом ВИМС, для исследуемых образцов, выращенных на подложках с ориентациями (100), (111)A, (111)B до отжига.

ной области. Таким образом данные по исследованию структурного совершенства исследуемых образцов показывают сильные отличия этих свойств от ориентации подложек.

Рассмотрим теперь результаты измерений содержания кремния NSi(x) для рассмотренных выше образцов до (рис. 3) и после (рис. 4) отжига. Цифрами 1–обозначены легированные кремнием слои, начиная от поверхности. Видно, что в приповерхностной области наблюдается большое содержание кремния, а для образцов после отжига эта область расширяется и содержание Si в этой области увеличивается. Кроме этого, видоизменения кривых NSi(x) для разных ориентаций разные. До отжига NSi(1) NSi(2) NSi(3) для всех трех образцов, что характерно при измерениях профилей легирования методом ВИМС. Это связано с особенностями метода, в частности с так называемым эффектом перемешивания [12–14]. (Здесь и далее NSi(1), NSi(2), NSi(3) — максимальные значения концентрации кремния Рис. 4. То же, что на рис. 3, после отжига.

4 Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 50 Г.Б. Галиев, В.Г. Мокеров, В.В. Сарайкин, Ю.В. Слепнев...

Таблица 1.

Ориентация Номера слоев (100) (111)A (111)B 1 2 3 1 2 3 1 2 Обозначение значений 00(1) 00(2) 00(3) 0A(1) 0A(2) 0A(3) 0B(1) 0B(2) 0B(3) FWHM (до отжига) Значение FWHM в 350 364 376 350 350 350 475 575 (до отжига) Обозначение значений a0(1) a0(2) a0(3) aA(1) aA(2) aA(3) aB(1) aB(2) aB(3) FWHM (после отжига) при T = 750C Значение FWHM в, 440 440 420 374 385 385 – – (после отжига) при T = 750C Таблица 2. Ra 14. Кроме того, как уже отмечалось ранее, = данные по КДО для ориентации (111)B (рис. 2) сильно Ориентация отличаются от данных по ориентациям (100) и (111)B.

(100) (111)A (111)B По-видимому, это связано с тем, что данные условия роста являются неоптимальными для ориентации (111)B.

Вне Внутри Вне Внутри Вне Внутри Поскольку КДО характеризуют структурные совершенкратера кратера кратера кратера кратера кратера ства ЭП, то можно предположить, что ЭП на подложке Rmax, nm 20 27 23 140 139 с ориентацией (111)B получается сильно дефектной и Rmean, nm 4.9 10.79 7.8 58 79 распределение кремния получается сильно размытым Ra, nm 0.9 3.47 1.7 30 14 еще до отжига.

Rq, nm 1.29 4.3 2.27 36 19 В отличие от (100) и (111)B для ориентации (111)A значения FWHM до отжига практически не меняются (табл. 1), хотя изменения в Rmax, Ra, Rq внутри кратеслоев 2 и 3 по сравнению со слоем 1, т. е. увеличение, ра существенно больше по сравнению с данными для в данном случае можно объяснить особенностями метода ориентации (100). Этот результат можно объяснить ВИМС, т. е. эффектом ”перемешивания” и / или развитиразным развитием рельефа поверхностей для различных ем рельефа поверхности при ионном травлении. Кроме ориентаций при ионном травлении во время исследоэтого, уширения профилей легирования нижележащих ваний методом ВИМС. На рис. 5 и 6 представлеот поверхности образца (2) и (3) слоев могут быть ны поверхности, полученные методом атомно-силовой вызваны диффузией Si во время роста, поскольку слои микроскопии, вне (рис. 5) и внутри (рис. 6) кратера и 3 находятся при T = TG дольше, чем слой 1. Такие ионного травления для образцов с ориентацией (100) результаты были получены в [12] для -легированных и (111)A. Поскольку изображение поверхностей вне слоев. Однако в нашем случае отжиг выращенных структур при Ta = 750C в течение 60 min не привел к значительному уширению профилей. Поэтому изменения в неотожженных образцах для ориентаций (100) и (111)B скорее всего связаны с развитием рельефа поверхности при измерениях NSi(x) методом ВИМС. В табл. представлены данные по измерениям на АСМ значений Rmax, Rmean, Ra и Rq (Rmax — максимальное отклонение от среднего значения, Rmean — среднее значение, Ra — шероховатость поверхности, Rq — среднеквадратичное отклонение). Отметим значительное отличие значений FWHM для ориентаций (100) и (111)B, в частности 00 < 0B, для всех слоев (табл. 1). Сравнение данных по этим образцам (табл. 1 и 2) позволяет предположить, что отличие в значениях FWHM связано скорее всего и с первоначальной шероховатостью, и с развитием рельефа Рис. 5. Исходная поверхность эпитаксиального слоя, полуповерхности при ионном травлении. В частности, если ченная атомно-силовым микроскопом. Образец выращен на для ориентации (100) значение Ra 0.9, то для (111)B подложке с ориентацией (100).

= Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. Исследование структурного совершенства, распределения и перераспределения кремния... Рис. 6. Поверхность внутри кратера ионного травления, полученная атомно-силовым микроскопом. Образец выращен на подложке с ориентацией (111)A. Внизу — укрупненный фрагмент поверхности ионного травления.

кратера для всех трех исследуемых образцов друг от В нашем случае неоднородности типа ”ripples”, как друга радикально не отличаются, здесь представлено в [15], в кратере ионного травления появляются только изображение только для одного образца. Как видно из в случае образца с ориентацией (111)A. Поскольку в нарис. 6, рельеф поверхности для ориентации (111)Aпосле ших измерениях методом ВИМС угол падения и энергия ионного травления представляет собой периодическую первичного пучка оставались при всех измерениях одиструктуру чередующихся гребней и впадин с высотой наковыми, то возникновение ”ripples”, вероятно, связано 120. Заметим, что для ориентаций (100) и (111)B с особенностями взаимодействия первичного ионного такого рельефа поверхности после ионного травления не пучка с поверхностью GaAs с ориентацией (111)A. Понаблюдается. видимому, выход ионов Si при анализе методом ВИМС в данном случае получается усредненным по толщине Аналогичный рельеф поверхности GaAs в кратере (амплитуде) ”ripples” ( 120 в нашем случае), а это в ионного травления во время измерений методом ВИМС, свою очередь и вызывает слабую зависимость уширения как в нашем случае для ориентации (111)A, наблюдали профилей в зависимости от глубины.

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.