WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 2 Отжиг глубоких центров бора в карбиде кремния © В.С. Балландович, Е.Н. Мохов¶ Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 25 апреля 2001 г. Принята к печати 25 мая 2001 г.) Исследовано влияние отжига на эффективность высокотемпературной люминесценции в образцах 6H-SiC, выращенных в различных условиях и легированных бором. Часть образцов была подвергнута радиационному облучению. Показано, что эффективность высокотемпературной люминесценции определяется содержанием в образцах глубоких центров бора, выявляемых емкостной спектроскопией как D-центры. Высокотемпературная обработка приводит к распаду D-центров, являющихся комплексами BSi-VC, при этом часть атомов бора переходит в электрически неактивное состояние. Установлено, что глубокие центры бора термически стабильны до 1500C. Сохранение этих центров до более высоких температур (вплоть до 2600C) обусловлено присутствием в кристаллах SiC кластеров, являющихся источниками неравновесных углеродных вакансий. Подобные кластеры содержат кристаллы, выращенные в избытке кремния или облученные высокоэнергетическими частицами. Этим объясняется существенная зависимость как концентрации D-центров, так и температуры их отжига от условий приготовления образца.

Введение вания [1,2,11], концентрации донорной примеси [12] и радиационного воздействия [1].

Бор — элемент III группы образует в SiC два акцеп- Значительно менее известно о термической стабильторных центра [1,2]. Один из них, имеющий энергию ности глубокого бора. Между тем, поскольку D-центры ионизации 0.3-0.39 эВ, обычно наблюдается при изме- являются примесно-дефектными комплексами, следует рении эффекта Холла в материале p-типа. Другое более ожидать их распад при термическом отжиге. Изучению глубокое энергетическое состояние бора, первоначально данного вопроса посвящена настоящая работа. В ней было обнаружено в образцах n-SiC, легированных бором будут представлены результаты исследования эффективметодом диффузии [3]. Это состояние является акти- ности ВТЛ и данные емкостных измерений для облуватором высокотемпературной люминесценции (ВТЛ) с ченных и не облученных образцов SiC политипа 6H максимумом излучения в диапазоне энергий 2.0-2.2эВ различного происхождения, легированных бором при для политипа 6H-SiC. Анализ спектров борной люми- росте или методом диффузии. Показано, что термиченесценции, проведенный в работе [4], позволил устано- ская стабильность центров глубокого бора чрезвычайно вить, что ВТЛ обусловлена излучательными переходами сильно зависит от условий роста, легирования и дозы в донорно-акцепторных парах и зона проводимости – облучения. Влияние этих факторов объясняется характеакцептор, с энергией ионизации последнего 0.7эВ.

ром их воздействия на структуру точечных дефектов в Глубокое акцепторное состояние с энергией иониза- исследуемых образцах SiC.

ции 0.55-0.6 эВ наблюдалось при измерении эффекта Холла в образцах p-SiC, диффузионно-легированных боМетодика эксперимента ром [2,5]. Аналогичный глубокий центр, связанный с бором (D-центр), был выявлен емкостной спектроскопией Исследовались образцы SiC политипа 6H n-типа проглубоких уровней как в n- [6,7], так и в p-SiC [8].

водимости, выращенные методами сублимации и легиИзмерения электронного парамагнитного резонанрованные азотом и бором. В зависимости от условий са (ЭПР) и двойного электронно-ядерного резонанса приготовления они относились к одной из трех групп:

(ДЭЯР) в образцах SiC B, обогащенных изотопом C, 1) кристаллы, выращенные методом Лели при темпозволили установить природу центров, инициируемых пературе Tg 2550-2600C в условиях, близких к введением бора в SiC. Оказалось, что мелкий акцепторстехиометрическим, и легированные бором при росте ный центр в SiC B создает атом бора, замещающий или методом диффузии (L-образцы);

кремний в регулярном узле решетки [9], а за глубокий 2) кристаллы или эпитаксиальные слои SiC, вырацентр ответствен примесно-дефектный комплекс, состощенные сублимационным сэндвич-методом (ССМ) [13] ящий из атома бора и углеродной вакансии (BSi-VC), в интервале температур Tg 1800-2050C при сущеориентированный вдоль оси C кристалла [10].

ственном избытке паров кремния (S-образцы);

Факторы, влияющие на формирование глубоких цен3) кристаллы SiC первой и второй группы, облутров бора, изучены достаточно подробно. Установлено, ченные реакторными нейтронами или быстрыми элекчто относительная доля этих центров существенно затронами (I-образцы). Доза облучения (n) составляла висит от условий роста кристаллов и способа легиро1017-1021 см-2.

¶ Концентрация нескомпенсированных доноров (Nd-Na) E-mail: mokhov@pop.ioffe.rssi.ru;

mokhov@rednet.ru в образцах по данным C-V-измерений или найденная 168 В.С. Балландович, Е.Н. Мохов методом локального пробоя [14] изменялась от 2 · 1016 облучением барьеров Шотти импульсами ультрафиоледо 5 · 1018 см-3. Концентрация бора определялась с тового лазера. В случае p+-n-структур использовались помощью нейтронно-активационного анализа методом импульсы прямого смещения продолжительностью 1 мс.

трековой авторадиографии [2] и находилась в пределах 2 · 1016-3 · 1018 см-3.

Экспериментальные результаты При изучении термической стабильности D-центров образцы разрезались на несколько частей, которые заКак показали измерения, эффективность ВТЛ исслетем подвергались изохронному 10-минутному отжигу в дуемых образцов существенным образом зависит от атмосфере Ar в интервале температур 1200-2500C.

способа их приготовления.

Влияние термической обработки на концентрацию В L-образцах, легированных бором при росте, ВТЛ D-центров отслеживалось по изменению эффективности практически отсутствует, хотя они и содержат бор на высокотемпературной борной люминесценции. Для возуровне (3-5) · 1017 см-3. В таких образцах ВТЛ вознибуждения последней образцы облучались ультрафиолекает либо после повторного легирования их бором путем товым светом ( = 365 нм) от ртутной лампы высокого диффузии, либо после облучения их частицами высоких давления с интенсивностью J = 1016 см-2. Облучение энергий и последующего отжига. При этом диффузия проводилось со стороны углеродной грани. Люминесбора приводит к возникновению эффективной ВТЛ лишь центное излучение выводилось через противоположную в образцах с концентрацией азота Nd > 1 · 1018 см-3.

грань кристалла, для чего образец закреплялся на дерОбразцы с меньшим содержанием азота не люминесцижателе, имеющем сквозное отверстие диаметром 1 мм, перед щелью монохроматора. Интенсивность ВТЛ оце- руют при комнатной температуре. При радиационном облучении зависимость интенсивности люминесценции нивалась путем измерения сигнала в максимуме полосы от концентрации доноров не столь значительна. Весьма излучения ( = 580 нм) при комнатной температуре.

интенсивная люминесценция наблюдается в образцах с Нестационарная спектроскопия глубоких уровней (Nd - Na) < 1 · 1018 см-3, в которых при диффузионном (DLTS) использовалась для исследования акцепторных центров в компенсированных бором слоях n-SiC. Измере- легировании ВТЛ отсутствует.

ния проводились на барьерах Шоттки, сформированных В отличие от кристаллов Лели S-образцы изначально путем напыления полупрозрачных пленок Cr на (0001) имеют характерную борную ВТЛ, интенсивность котоC грани. Слой p-типа, возникающий на поверхности рой усиливается при диффузионном легировании бором.

образцов в результате диффузии, предварительно уда- При этом соизмеримая по эффективности с монокрилялся путем кратковременного травления в расплаве сталлами Лели люминесценция в S-образцах наблющелочи. Время и температура травления выбирались с дается при весьма низком содержании доноров, ниже таким расчетом, чтобы вскрытая поверхность находи- 1017 см-3. Отметим также, что при одинаковой конценлась как можно ближе к границе диффузионного p-n- трации примеси бора эффективность люминесценции в перехода. Подобная технология уже использовалась нами S-образцах выше, чем в L-кристаллах.

при исследовании акцепторных центров бора в SiC в Эффективность ВТЛ в образцах SiC, легированных работе [12]. В упомянутой работе спектры DLTS как до, бором, существенно изменяется в процессе дальнейшей так и после высокотемпературной обработки измерялись термообработки. На рис. 1 кривыми 1 и 2 соответственно на одном и том же образце, т. е. вскрытие p-n-перехода представлены зависимости интенсивности ВТЛ от темпроводилось до отжига. Такое решение гарантировало, пературы отжига для диффузионно-легированного бором что сравниваемые результаты относятся к одной и той же пространственной области образца. Однако сама поверхность образца в процессе отжига подвергалась эрозии. Кроме того, при температуре отжига 2000-2500C возможна обратная диффузия бора из приповерхностного слоя, размеры которого могут быть сопоставимы с областью объемного заряда диода Шоттки. Для того чтобы исключить оба этих фактора, в настоящей работе p-слой удалялся после высокотемпературной обработки образцов, а все измерения проводились на различных частях, вырезанных из одного кристалла.

Кроме барьеров Шоттки для исследования акцепторных центров бора использовались эпитаксиальные p+-n-структуры, база которых компенсировалась бором Рис. 1. Зависимость интенсивности борной ВТЛ от темметодом диффузии.

пературы отжига для L- (1) и S- (2, 3) образцов 6H-SiC с Спектры DLTS исследуемых образцов регистрироваразличной концентрацией доноров Nd и акцепторов Na, см-3.

лись в интервале температур 80-350C. Заполнение 1 — Nd = 3 · 1018, Na = 2.5 · 1018; 2 — Nd = 5 · 1017, глубоких акцепторных центров дырками осуществлялось Na = 1 · 1017; 3 — Nd = 5 · 1017, Na = 2.5 · 1017.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Отжиг глубоких центров бора в карбиде кремния Концентрации нескомпенсированных доноров Nd - Na и актерна для всех легированных бором L- и S-образцов, цепторных центров бора B и D в диффузионно-легирообладающих эффективной ВТЛ [12]. Высокотемпераванном S-образце до и после высокотемпературного отжига турная обработка как L-, так и S-образцов наряду с (T = 2350C) уменьшением эффективности ВТЛ приводит к резкому снижению количества D-центров (кривая 2) так, что Параметр После диффузии После отжига их концентрация после отжига становится меньше конNd - Na (300 K), см-3 6.0 · 1016 4.2 · центрации центров ”мелкого” бора — B-центров. ПоB-центры, см-3 1.0 · 1017 (1.0-1.2) · следним на спектрах DLTS соответствует пик в области D-центры, см-3 3.5 · 1017 (0.2-0.3) · 130 K. Жесткая взаимосвязь между эффективностью ВТЛ и концентрацией D-центров свидетельствует о том, что Примечание. В исходном образце Nd - Na = 5.1 · 1017 см-3.

именно они являются активаторами высокотемпературной борной люминесценции в SiC.

образца Лели и S-образца, компенсированного бором в Уменьшение интенсивности ВТЛ под воздействием процессе роста. Кривая 3 на рис. 1 измерена на том же высокотемпературной обработки наблюдается также в S-образце после того, как он был повторно легирован образцах SiC, облученных частицами высоких энергий.

бором методом диффузии.

Для этой группы образцов одним из основных факторов, Высокотемпературный отжиг образцов во всех слуопределяющих температуру начала отжига ВТЛ, являетчаях приводит к уменьшению эффективности борной ся доза облучения.

ВТЛ, однако характер температурной зависимости для На рис. 3 показано влияние отжига на интенсивность образцов различных типов заметно отличается. Для ВТЛ для L-образцов 6H-SiC, облученных быстрыми элекL-образцов наблюдается резкое снижение интенсивнотронами или реакторными нейтронами. Представленные сти ВТЛ в температурном диапазоне 2300-2400C.

В S-образцах уменьшение эффективности ВТЛ происходит более медленно, вследствие чего в этих образцах люминесценция сохраняется до более высоких температур отжига. Такая существенно более слабая зависимость интенсивности ВТЛ от температуры отжига характерна для всех исследованных нами S-образцов, несмотря на различную концентрацию в них примесей бора и азота.

Люминесцентные свойства отожженных образцов могут быть восстановлены путем повторной диффузии бора (рис. 1, кривая 3). При этом отжиг по крайней мере до температур 2300C оставляет без изменения все различия между L- и S-образцами. Лишь отжиг при T 2600C приводит к необратимому изменению люминесцентных свойств L-образцов, делая их аналогичными Рис. 2. Спектры DLTS компенсированного бором S-образца по свойствам с кристаллами Лели [11]. Это означает, что n-SiC (6H) до (1) и после (2) отжига при T = 2350C. Окно повторная диффузия бора в образцы с Nd < 1018 см-3 дискриминации m = 21.7мс.

уже не приводит к возникновению в них ВТД. Особо отметим, что температура, при которой происходят необратимые изменения люминесцентных свойств L-образцов, близка к температуре роста кристаллов SiC методом Лели.

Нестационарная спектроскопия глубоких уровней показывает, что уменьшение эффективности ВТЛ под воздействием высокотемпературного отжига обусловлено разрушением D-центров. На рис. 2 кривыми 1 и 2 соответственно представлены спектры DLTS диффузионнолегированного бором S-образца до и после отжига при температуре 2350C. Каждый из спектров нормирован относительно высоты наиболее интенсивного пика. Концентрации глубоких и мелких акцепторных центров бора в этом образце, рассчитанные на основании емкостных Рис. 3. Зависимость интенсивности борной ВТЛ от темпеизмерений, приведены в таблице. Как видно из рис. 2, до ратуры отжига для L-образцов 6H-SiC, облученных быстрыми высокотемпературной обработки в образце доминируют электронами (1) и реакторными нейтронами (2, 3, 4). Доза D-центры, которым на спектрах DLTS соответствует пик облучения, см-2: 1 —1 · 1018, 2 —2 · 1017, 3 —1 · 1019;

в области 280 K (кривая 1). Такая ситуация харак4 —1 · 1020.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 170 В.С. Балландович, Е.Н. Мохов S-образцами нивелируются, и при дозах n > 1019 см-как интенсивность ВТЛ, так и температура ее отжига у образцов различного типа оказываются близкими.

Результаты по отжигу ВТЛ в облученных образцах свидетельствуют о том, что трансформация D-центров начинается уже при T 1500C если нет факторов, препятствующих этому процессу. Энергия связи комплекса, оцененная по результатам люминесцентных исследований, составляет 2.5 эВ. Было естественно ожидать, что развал глубокого акцепторного состояния бора будет приводить к появлению дополнительных B-центров. Однако, по данным емкостных измерений, полученным ранее [12] и в настоящей работе, отжиг Рис. 4. Зависимость температуры начала отжига центров ВТЛ D-центров сопровождается уменьшением общей конценот потока реакторных нейтронов для S- (1) и L- (2) образцов трации акцепторов в образце, при этом концентрация 6H-SiC с концентрацией доноров Nd и акцепторов Na, см-3.

B-центров если и увеличится, то весьма незначительно.

Pages:     || 2 | 3 |



© 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.