WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. 5 06;11;12 Исследование монокристаллов арсенида галлия различной кристаллографической ориентации, имплантированных ионами кремния и подвергнутых импульсному фотонному отжигу 1 © С.В. Васильковский1, М.П. Духновский2, Р.В. Конакова1, Ю.А. Тхорик 1 Институт физики полупроводников НАН Украины, 252028 Киев, Украина 2 Государственное научно-производственное объединение ”Исток”, 141120 Фрязино, Московская область, Россия (Поступило в Редакцию 27 января 1998 г.) Приведены результаты экспериментальных исследований монокристаллов арсенида галлия ориентации (100), (311)A, (211)A, (111)A и (221)A, легированных ионами кремния на установке ”Иолла-3М” при комнатной температуре (энергия ионов 75 keV, плотность ионного пучка 1 µA/cm2, доза имплантации 1.2·103 cm-2) и отожженных на установке ”Импульс-5” при температуре 950C. Методами комбинационного рассеяния света и низкотемпературной фотолюминесценции установлено, что наибольшая электрическая активность имплантированного кремния при одинаковых условиях имплантации и отжига реализуется для (100) и (311)A ориентации арсенида галлия. При этом создаются слои n-типа проводимости.

Введение Методика эксперимента В настоящее время ионное легирование полуизолируИсследовались монокристаллы GaAs (АГЧП-5) ориющего GaAs ионами Si является одним из основных техентации (100), (311)A, (211)A, (111)A и (221)A, выренологических методов создания рабочих областей n-типа занные из одного слитка. Перед ионной имплантацией СВЧ транзисторов и быстродействующих интегральных с поверхности подложки удалялся нарушенный слой схем [1]. Тем не менее на данный момент нет четкого путем травления в течение 2 min в растворе, содержапонимания происходящих при этом физико-химических процессов. Последнее обусловлено сложностью пове- щем H2SO4, H2O и H2O2 в соотношении 5 : 1 : 1, дения амфотерной примеси Si в арсениде галлия. Si при температуре 60-70C. Имплантация ионов кремспособен замещать как Ga (n-тип), так и As (p-тип) в ния проводилась на установке ”Иолла-3М” при комзависимости от метода выращивания GaAs и его легинатной температуре при энергии ионов E = 75 keV рования [2], компенсации подложки [3], наличия в ней и плотности ионного пучка 1 µA/cm2. Доза импланвнутренних механических напряжений [4], условий оттации составляла 1.2 · 1013 cm-2. Отжиг проводился жига [1] и др. В ряде работ [5–7] исследовалось влияние в импульсном режиме нагрева без защитных покрытий ориентации подложки GaAs на особенности внедрения на установке ”Импульс-5” при температуре 950C [3].

примеси кремния в решетку GaAs при использовании Температурно-временной режим был следующий. В те различных технологий осаждения. Так, методом фотолючение 2 min пластина выдерживалась при температуре минесценции (ФЛ) показано [2], что качество гомоэпи200C, после чего за 0.5 min температура повышалась до таксиальных пленок, полученных методом молекулярно950C. Затем температура за 4 min плавно уменьшалась лучевой эпитаксии (МЛЭ) на подложках GaAs ориентадо комнатной.

ции (211), (221), (311), было значительно выше, чем при использовании традиционных плоскостей (100) и (111).

Спектры КРС измерялись при T = 300 K на установке, Отметим, что в литературе практически отсутствует инсобранной на базе спектрометра ДФС-52. Спектры ФЛ формация о влиянии кристаллографической ориентации регистрировались при температуре 4.2 K. Регистрация подложки GaAs на характеристики имплантированных сигналов КРС и ФЛ осуществлялась в режиме счета ионами Si слоев. Поэтому было целесообразным исфотонов охлаждаемыми ФЭУ-136 и ФЭУ-62. Для возбуследовать особенности образования легированных слоев ждения спектров использовалось излучение Ar+ и Kr+ GaAs при имплантации ионов кремния в различные лазеров ( = 514.5 и 647.1 nm соответственно). Выбикристаллографические плоскости.

ралась геометрия эксперимента — ”на отражение” при В данной работе для изучения процессов структурного угле падения, близком к углу Брюстера, без поляризаразупорядочения при ионной имплантации и последуционного анализа рассеянного излучения. Спектральное ющего отжига, электрической активации легирующей разрешение при измерении КРС составляло 1.5 cm-1, а примеси использовались бесконтактные неразрушающие ФЛ — 0.1 MeV. Точность определения максимумов полос оптические методы комбинационного рассеяния света (КРС) и низкотемпературной фотолюминесценции. КРС составляла 0.2 cm-1.

Исследование монокристаллов арсенида галлия различной кристаллографической ориентации... Результаты и обсуждение пиков в спектрах исследуемых образцов было различным. На рис. 1 показаны зависимости отношения интенИс с л е д о в а н и е с т р у к т у р м е т о д о м сивностей LO- и TO-фононных пиков от угла поворота К Р С. Как известно, в спектре КРС первого порядка образцов вокруг нормали к данной кристаллографичемогут проявляться две полосы, обусловленные рассеяниской поскости. В спектре КРС образца с ориентацией ем на продольных (LO) и поперечных (TO) оптических (100) TO-фононный пик отсутствовал, и поэтому норфононах. Согласно правилам отбора, при используемой мировка интенсивности проводилась на интенсивность геометрии эксперимента в зависимости от кристаллограLO-пика при нулевом угле поворота образца. Отметим, фической ориентации может реализоваться рассеяние на что поворот в данном случае эквивалентен повороту LO-фононах (плоскость (111)), TO-фононах (плоскость вектора электрического поля E возбуждающего излу(110)), LO- и TO-фононах (плоскость (111)) [8]. Вид чения. При повороте образца частоты и полуширины спектра КРС для других плоскостей априори не ясен.

пиков оставались неизменными. Как видно из рис. 1, Можно лишь ожидать проявления LO-, TO-фононных помаксимальное перераспределение интенсивностей LO- и лос с различным соотношением интенсивностей. Также TO-пиков наблюдалось в спектрах образцов ориентане ясно, как в этих случаях будет изменяться спектр КРС ции (311), а минимальное — при ориентации (111).

при имплантации. Следует отметить, что поверхность Это может быть объяснено тем, что при рассеянии в GaAs проявляет полярность не только при ориентации плоскости (111), согласно правилам отбора, оба пика (111), но и при (211), (311), (511) и т. д., причем разрешены, в то время как для (100) разрешен только степень полярности уменьшается с увеличением первого LO-фононный пик. Плоскости же (311), (211) и (221) индекса [9].

являются промежуточными между ними.

В спектрах исходных образцов присутствовали интенДалее рассмотрим влияние имплантации ионов Si+ в сивные симметричные пики на частотах 291.5 ± 0.2 и GaAs различной кристаллогарфической ориентации на 267.5 ± 0.3cm-1 и с полуширинами 3.5cm-1, что = спектры КРС. При возбуждении спектров КРС имплансоответствовало рассеянию на LO- и TO-фононах центра тированного GaAs излучением с = 647.1 nm уширение зоны Бриллюэна. При этом соотношение интенсивностей LO- и TO-пиков и их частотное положение по сравнению с исходным остаются практически неизменными для всех исследуемых образцов. Это указывает на то, что имплантированная область в полупроводнике находится на глубине, значительно меньшей, чем глубина проникновения зондирующего излучения, и ее вклад в сечение рассеяния для данной длины волн мал.

При возбуждении КРС излучением с меньшей длиной волны = 514.5 nm в спектрах наблюдается характерное для всех исследуемых образцов уменьшение относительной интенсивности LO-фононного пика. Кроме того, происходят уширение LO- и TO-пиков и сдвиг их в высокочастотную сторону. Величины частотного сдвига и уширения были больше для LO-пиков. Так, частоты LO(TO)-фононных пиков для ориентации (100), (311) и (211) увеличились на 0.3(0.2) cm-1, а для (111) —на 0.6(0.3) cm-1. На рис. 2 показаны значения полуширин LO- и TO-пиков исходных и имплантированных образцов для исследуемых ориентаций. Как видно из рис. 2, для ориентации (100) полуширина пика была максимальна ( 6.5cm) и уменьшалась с увеличением полярности = плоскости.

При анализе спектров КРС имплантированных образцов необходимо учитывать неоднородное по глубине распределение внедренных ионов, которое практически может быть описано двумя параметрами: средним значением проекционного пробега ионов Rp и его среднеквадратичным отклонением Rp. Кроме того, эти параметры необходимо сопоставлять с глубиной зондируемого излучением слоя d = 1/2, определяемой длиной Рис. 1. Зависимости отношения интенсивностей LO- и волны возбуждающего излучения за счет различного TO-фононных пиков от угла поворота образцов полуизолизначения коэффициента поглощения (). Для GaAs рующего GaAs различной ориентации вокруг нормали к данной при возбуждении КРС длинами волн i = 514.5nm кристаллографической плоскости.

Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. 80 С.В. Васильковский, М.П. Духновский, Р.В. Конакова, Ю.А. Тхорик глубине зондируемого слоя [8], а также взаимодействием LO-фононов с плазменными колебаниями свободных носителей. В уширение линии TO-фонона дают вклад первые два фактора. В нашем случае, по-видимому, действуют два конкурирующих механизма. Первый связан с разупорядочением, второй — с взаимодействием LO-фононов со свободными носителями. Тот факт, что после имплантации полуширины LO-фононных пиков превосходят TO-фононные, подтверждает влияние второго механизма. Кроме того, увеличение полуширины LO-пика, его высокочастотная асимметрия и уменьшение интенсивности могут свидетельствовать об увеличении концентрации электронов в образцах. Следовательно, можно предположить, что наибольшая электрическая активация имплантированной примеси Si при данных условиях имплантации и отжига реализуется для плоскостей (100) и (311).

Ис с л е д о в а н и е с т р у к т у р м е т о д о м н и з к о т е м п е р а т у р н о й ФЛ. Рассмотрим результаты исследования образцов GaAs ориентации (100), (311)A, (211)A, (111)A и (221)A, имплантированных ионами Si+ с последующим отжигом методом ФЛ при T = 4.2 K. Спектры ФЛ исходных и имплантированных образцов представлены на рис. 3 и 4 соответственно.

В спектрах всех исследуемых образцов в области краевого излучения (1.510-1.518 eV) проявляется сложная полоса, обусловленная фотолюминесценцией экситонов, связанных на донорах и акцепторах [13]. Наиболее интенсивной является полоса с энергией 1.49 eV. Она = обусловлена излучательной рекомбинацией с участием Рис. 2. Значения полуширины LO-(a) и TO-пиков (b) углерода [14] и является характерной для спектров ФЛ исходных (1) и имплантированных с последующим отжигом GaAs, так как углерод — одна из наиболее распростра(2) образцов для исследуемых ориентаций при возбуждении ненных фоновых примесей в арсениде галлия. В спектрах излучением КРС с = 514.5nm; 3 — возбуждение с = 647.1nm. всех образцов также проявлялась полоса h 1.45 eV, = которая, вероятно, обусловлена излучательной рекомбинацией, соответствующей переходам, включающим SiAs, (SiAs-VAs, SiAs-Gai) [15,16]. В спектрах ФЛ наблю и = 647.1nm d 100 и 300 nm соответствен= дается широкая полоса, обусловленная излучательной но [10]. При имплантации в GaAs ионов Si+ с энергией рекомбинацией с участием сложных дефектных комE = 75 keV для аморфной модели значения Rp = плексов, включающих VAs ( 1.405 eV) [17]. В спек= и Rp = 36 nm [11]. Таким образом, в нашем случае трах ФЛ исследуемых образцов наблюдалась и полоса с при = 514.5 nm спектр КРС определяется непосред h 1.35 eV. Эта полоса скорее всего имеет донорно= ственно имплантированным слоем (d Rp +Rp), а акцепторную природу и связана с неконтролируемой фопри = 647.1 nm — и неимплантированным слоем новой примесью — медью, встраивающейся в галлиевую полуизолирующего GaAs (d > Rp +Rp).

подрешетку CuGa [18]. Спектр ФЛ имплантированных Наблюдаемое изменение полуширин пиков для разобразцов ориентацией (100) и (311) содержат широкую личных ориентаций при возбуждении излучением с дли- полосу с h 1.27 eV. Остановимся на ней более = ной волны 514 nm может свидетельствовать либо о раз- подробно. В литературе полосу с h 1.27 eV связыва= личной глубине нахождения имплантированной области ют с образованием значительного количества сложных в образцах, либо о различной концентрации электронов дефектов, обусловленных изменением зарядового состов тестируемой лазерным излучением области, что мояния атомов (Ga2-/As2- или Ga0/As0) или кластерных жет быть вызвано различной степенью электрической дефектов [19]. Однако авторы [20], исследуя арсенид активации имплантированной примеси или ее самокомгаллия n-типа, выращенный методом Чохральского, и пенсацией.

легированный Si вплоть до концентраций 1018 cm-3, = Известно, что уширение пиков может быть обусло- полосу с энергией 1.27 eV объясняют излучательными влено по крайней мере тремя факторами: увеличением переходами с участием SiGa. В спектрах ФЛ неимплантиконцентрации дефектов [12], неоднородным распределе- рованных образцов всех исследуемых нами ориентаций нием легирующей примеси и упругих напряжений по полоса с h 1.27 eV не наблюдалась.

= Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. Исследование монокристаллов арсенида галлия различной кристаллографической ориентации... либо междоузлия, не влияя на концентрацию SiAs в образцах.

Более значительными оказались различия в спектарх ФЛ имплантированного GaAs различной ориентации, отвечающее рекомбинационному излучению, обусловленному глубокими центрами в области энергий 1.2-1.4eV.

Как видно из рис. 4, в спектрах для образцов с ориентацией (221) максимальную интенсивность имела полоса с энергией 1.40 eV, а для (100) — полоса с энергией 1.35 eV. Эти полосы обусловлены излучательной рекомбинацией с участием вакансий мышьяка. Это подтверждает наше предположение, что после имплантации с последующим отжигом кремний занимает узлы галлиевой подрешетки. Более явно на это указывает анализ спектров ФЛ имплантированных образцов ориентаций (100) и (311), в которых после имплантации появляется широкая полоса с энергией 1.27 eV, обусловленная переходами с участием SiGa. Отсутствие этой полосы в спектрах имплантированных и отожженных образцов других ориентаций может свидетельствовать о том, что кремний плохо встраивается в галлиевую подрешетку либо имплантированные атомы находятся вне слоя, формирующего сигнал ФЛ. На наш взгляд, более вероятно первое, так как в спектрах КРС имплантированных образцов при возбуждении излучением с = 647.1nm не наблюдается отличий от исходных.

Рис. 3. Спектры ФЛ образцов полуизолирующего GaAs различной ориентации, измеренные при T = 4.2K.

Отметим, что спектры исходных образцов полуизолирующего GaAs (рис. 3) исследуемых ориентаций имеют незначительные ризличия по интенсивности полос ФЛ и их энергетическому положению (2 3) meV. Это, на наш взгляд, связано с неоднородностью слитка, а также с поляризационными свойствами излучательных центров.

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.