WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 2 Поверхностное геттерирование фоновых примесей и дефектов в пластинах GaAs © Л.С. Власенко, А.Т. Гореленок, В.В. Емцев, А.В. Каманин¶, Д.С. Полоскин, Н.М. Шмидт Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 3 августа 2000 г. Принята к печати 3 августа 2000 г.) Приведены первые результаты по поверхностному геттерированию фоновых примесей и дефектов из объема нелегированных монокристаллических пластин GaAs с ориентацией (111), толщиной 1.6 мм, с исходной концентрацией (1-3)·1015 см-3 и подвижностью при комнатной температуре 1500-2000 см2/В·с.

Пластины были получены из монокристаллов, выращенных методом Чохральского из расплава Ga–As, нестехиометрического состава, с избытком As. Геттерирование осуществлялось в процессе термообработки с осажденным на поверхность пластин слоем иттрия или SiO2 толщиной 1000 в атмосфере водорода при температурах 400-850C. После геттрирования концентрация носителей уменьшилась до 108-1010 см-3, а подвижность возросла до 7000 см2/В · c.

1. Введение В настоящей работе обсуждаются первые успешные результаты по поверхностному геттерированию фоновых Для улучшения характеристик силовых приборов, де- примесей иттрием в пластинах GaAs.

текторов рентгеновского и гамма-излучения, а также элементарных частиц (в частности, нейтрино) необходимо 2. Эксперимент получение пластин GaAs толщиной от 0.5 мм до нескольких миллиметров с низкой концентрацией носителей, Исходные нелегированные монокристаллы GaAs с ниже 1010 см-3, и их достаточно однородным распределеориентацией (111) были выращены методом Чохральсконием по толщине пластины, а также с шириной области го из расплава Ga–As, нестехиометрического состава, с объмного заряда более 100 мкм и высокой подвижностью избытком As. Слиток был нарезан на пластины, толщина носителей заряда.

которых после полировки составляла 1.6 мм. ИзмеренОбычно эта задача решается путем снижения конные методом Ван-дер-Пау (Van der Pauw) концентрация центрации фоновых примесей за счет использования и подвижность носителей составляли (1-3) · 1015 см-3 и сверхчистого оборудования и исходных материалов: Ga 1500-2000 см2/В · с при комнатной температуре.

и As (чистотой 99.99999), что значительно удорожает Пластины покрывались с обеих сторон либо пиролипроцесс, и, кроме того, не гарантирует однородного тическим SiO2, либо термически напыленной в вакууме распределения концентрации носителей заряда по глупленкой иттрия. Толщина осажденной пленки составляла бине слитка и воспроизводимости результатов по опрев обоих случаях 1000. Затем пластины подвергались делению концентрации от процесса к процессу. В [1] тепловой обработке (ТО) в атмосфере водорода при было показано, что невоспроизводимость и неоднородтемпературе 400-850C в течение 0–5 ч; после чего ное распределение концентрации носителей по толщине пленки SiO2 и Y удалялись соответственно в HF и HNO3.

пластины при концентрации мелких фоновых примеРаспеределение носителей по глубине определялось сей ниже 1015 см-3 обусловлены влиянием собственных C-V -методом с использованием ртутного зонда Шотдефектов на результаты определения концентрации из тки в сочетании с послойным химическим травлением.

электрических и оптических свойств полупроводника.

Температурные зависимости концентрации, подвижности Контроль за процессами генерации, рекомбинации и носителей и проводимости определялись из измерений аннигиляции собственных дефектов позволяет улучшить эффекта Холла в геометрии Ван-дер-Пау. Кроме того, воспроизводимость результатов. При этом удается снибыли проведены исследования микроволновой фотопрозить концентрацию до (2-6) · 107 см-3 при подвижности водимости. Этот метод хорошо зарекомендовал себя при 6500-7000 см2/В · с [2].

исследовании чистых кристаллов кремния. В частности, В данной работе рассмотрен другой путь решения метод позволил определить спектры электронного пазадачи получения чистого материала, основанный на рамагнитного резонанса (ЭПР) рекомбинационных цениспользовании поверхностного геттерирования [3–5] для тров с низкой концентрацией 1010-1012 см-3 [6–8], т. е.

получения объемных материалов с заданными свойствачувствительность метода оказалась на 4 порядка выше, ми. К преимуществам этого метода следует отнести чем при использовании обычного ЭПР метода.

как низкую стоимость используемых материалов, так и Эксперименты по регистрации микроволновой фотонизкую стоимость самого метода.

проводимости образцов проводились с помощью ЭПР ¶ спектрометра, работающего на частоте 9 ГГц в темпеFax: (812) 247 E-mail: kamanin@ffm.ioffe.rssi.ru ратурном диапазоне 3-150 K. Образцы помещались в Поверхностное геттерирование фоновых примесей и дефектов в пластинах GaAs резонатор спектрометра и облучались светом галогенной лампы накаливания мощностью 100 Вт. Величина Q-фактора резонатора ЭПР спектрометра зависела от проводимости образца. В экспериментах регистрировалось изменение напряжения на микроволновом детекторе, пропорциональное Q-фактору резонатора на частоте 80 Гц при 100%-ой модуляции интенсивности света.

Сигналы микроволновой фотопроводимости регистрировались при различных температурах, а также при сканировании магнитного поля.

3. Результаты На первом этапе работы был определен температурновременной режим, который позволял снизить концентрацию носителей и получить их однородное распределение по глубине. При выборе режима исходили из имеющихся Рис. 1. Температурные зависимости концентрации электронов в литературе данных по термообработкам GaAs [9–12].

в пластинах GaAs: 1 —исходной и 2 — покрытой иттрием и Опубликованные данные по поведению и параметрам подвергнутой термообработке в течение 5 ч при 800C.

электрически активных центров, возникающих после ТО, нередко противоречивы. Однако все авторы наблюдали изменение параметров и концентрации электрически активных центров в GaAs, в частности центра EL2 при температурах 800-850C.

Сравнительные исследования пластин GaAs, покрытых SiO2 и Y, после ТО показали, что изменения концентрации носителей на той и на другой структурах начинаются при 700C. Причем формируется приповерхностная область толщиной 50-100 мкм, p-типа проводимости, с концентрацией p 1017 см-3. Пик краевой фотолюминесценции наблюдался при h = 1.48 - 1.49 эВ (77 K).

Для пластин, покрытых SiO2, на глубине более 100 мкм наблюдалась высокая степень компенсации. Увеличение времени и температуры ТО принципиально не изменяло картину. Распределение носителей по глубине было неоднородным и наблюдались области как n-, так и p-типа проводимости с концентрацией носителей 1014-1015 см-3.

На пластинах GaAs, покрытых иттрием, после ТО Рис. 2. Температурная зависимость концентрации электронов при 800C концентрация носителей на глубине бо- в исходной пластине GaAs.

лее 100 мкм составляла 1010-1011 см-3. При увеличении длительности ТО до 30 мин и более концентрация носителей существенно снижалась — до 108 см-3 и наАнализ температурной зависимости показал, что конблюдался n-тип проводимости, причем тип проводимости центрация носителей 2.5 · 1015 см-3 при комнатной теми значение концентрации сохранялись по всей толщине пературе в исходном GaAs определялась мелким донорпластины 1500 мкм.

Образцы с концентрацией электронов менее 1011 см-3 ным уровнем с энергией активации 10-12 мэВ и глубоким донорным уровнем с энергией активации 150 мэВ.

и ее однородное распределение по толщине пластин При этом степень компенсации составляла 40%, а конбыли исследованы методами Ван-дер-Пау и микроволцентрация акцепторов — 1015 см-3. После ТО в течение новой фотопроводимости. Температурная зависимость 5 ч при температуре 800C таких пластин, покрытых концентрации электронов представлена на рис. 1 для иттрием, наблюдается уменьшение степени компенсации исходного GaAs (кривая 1) и для GaAs, покрытого до 30% и увеличение подвижности до 7000 см2/В·с. Для иттрием, после ТО в течение 5 ч (кривая 2). Первая такого материала температурная зависимость концентразависимость представлена на рис. 2 в другом масштабе.

Подвижность при комнатной температуре для исходного ции определяется только донорным уровнем с энергией GaAs составляла 1500 см2/В · с. активации 430 мэВ.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 186 Л.С. Власенко, А.Т. Гореленок, В.В. Емцев, А.В. Каманин, Д.С. Полоскин, Н.М. Шмидт температурах в диапазоне 3-25 K, при максимальном значении при 5-7K (см. рис. 3, кривая 1). ТО в течение 0.5 ч увеличивало сопротивление кристалла, а фотоотклик появлялся при более высоких температурах, ниже 70 K (рис. 3, кривая 2). После трехчасовой ТО образцы имели повышенное сопротивление даже при комнатной температуре, а фотоотклик хорошо наблюдался во всем температурном диапазоне (рис. 3, кривая 3).

Увеличение темновой фотопроводимости образцов после ТО не может быть объяснено простой компенсацией мелких доноров глубокими центрами, так как обычно в этом случае наблюдается увеличение скорости рекомбинации фотовозбужденных носителей и, следовательно, уменьшается фотопроводимость. В частности, этот эффект наблюдается в GaAs, легированном Fe. Увеличение фотопроводимости в GaAs после ТО и отсутствие спектров СЗР–ЭПР может быть объяснено пассивацией Рис. 3. Температурные зависимости микроволновой фотомелких доноров и формированием электрически и парапроводимости кристаллов GaAs: 1 — до термообработки, магнитно неактивных центров.

2 — после термообработки в течение 0.5 ч (ШГА-6), 3 —после термообработки в течение 3 ч (ШГА-4). На основе полученного материала были изготовлены барьеры Шоттки диаметром 2 мм. Обратная ветвь вольтамперной характеристики такого барьера приведена на рис. 4. Приведенные значения токов были такими же, как приводимые в работе [2] для детекторов излучения на основе GaAs, полученного в особо чистых условиях.

4. Заключение Применение поверхностного геттерирования на пластинах GaAs толщиной 1.6 мм с начальной концентрацией носителей 2 · 1015 см-3 и подвижностью 1500-2000 см2/В · с позволило достичь концентрации 108-1010 см-3 и подвижности 7000 см2/В · с. Таким образом, первые успешные результаты являются обнадеживающими, а предложенный метод геттерирования представляется перспективным.

Работа была выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 00-02Рис. 4. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики барьера Шоттки на основе пластин GaAs, прошедших геттериро- 17026.

вание.

Список литературы Эффект геттерирования подтверждается также данны[1] H.J. von Bardeleben, J.C. Bougoin. Defect Control in Semiми, полученными при измерении микроволновой фотоconductors, ed. by K. Sumino (Elsevier, Amsterdam, 1990).

проводимости. На пластинах GaAs, до и после геттери- [2] C.M. Buttar. Nucl. Instr. Meth. Phys. Rev. A, 395, 1 (1997).

рования, измерялась микроволновая фотопроводимость [3] Е.И. Иванов, Л.В. Лопатина, В.Л. Суханов, В.В. Тучкевич, Н.М. Шмидт. ВТП, 16, 207 (1982).

с помощью метода, аналогичного разработанному для [4] L.F. Zakharenkov, V.V. Kozlovskii, A.T. Gorelenok, исследования спин-зависимой рекомбинации (СЗР) в N.M. Shmidt. In: Semiconductor Technology: Processing кремнии [6–8].

and Novel Fabrication Techniques, ed. by M.E. Levinstein, Температурные зависимости микроволновой фотопроM.S. Shur (N.Y., John Wiley & Sons Inc., 1997) p. 91.

водимости для чистых кристаллов GaAs до и после ТО [5] А.Т. Гореленок, В.Л. Крюков, Г.П. Фурманов. Письма ЖТФ, показаны на рис. 3. До ТО образцы имели низкое сопро20(13), 60 (1994).

тивление, которое значительно снижало Q-фактор. Фо- [6] Л.С. Власенко, М.П. Власенко, В.Н. Ломасов, В.А. Храмтоотклик этих образцов наблюдался только при низких цов. ЖЭТФ, 91, 1037 (1986).

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Поверхностное геттерирование фоновых примесей и дефектов в пластинах GaAs [7] L.S. Vlasenko. In: Semiconductors and Insulators: Optical and Spectroscopic Research, ed. by Yu. Koptev (Nova Sciences Publishers, Inc. 1992) p. 217.

[8] L.S. Vlasenko, Yu.V. Martynov, T. Gregorkievicz, C.A.J. Ammerlaan. Phys. Rev. B, 52, 1144 (1995).

[9] C.H. Kang, J. Lagowski, H.C. Gatos. J. Appl. Phys., 62, (1987).

[10] П.Н. Брунков, С. Гайбуллаев, С.Г. Конников, В.Г. Никитин, М.И. Папенцев, М.М. Соболев. ФТП, 25, 338 (1991).

[11] I. Ohbi, M. Takahama, K. Hiruma. Appl. Phys. Lett., 61, (1992).

[12] N. Ohkobo, M. Shishikura, S. Matsumoto. J. Appl. Phys., 73, 615 (1993).

Редактор Т.А. Полянская Surface gettering of background impurities and defects in GaAs wafers L.S. Vlasenko, A.T. Gorelenok, V.V. Emtsev, A.V. Kamanin, D.S. Poloskin, N.M. Shmidt Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences 194021 St.Petersburg, Russia

Abstract

Experimental data on surface gettering of background impurities and defects from the bulk of undoped (111) GaAs wafers of 1.6 mm thick are reported. The concentration and mobility of charge carriers in initial wafers at room temperature were from 1015 cm-3 to 3 · 1015 cm-3 and 1500 cm2/(V · s) to 2000 cm2/(V · s), respectively. The wafers were cut from GaAs crystals grown by the Czochralski technique from a nonstoichiometric melt with As excess. The gettering process was carried out by means of annealing of Y or SiO2 surface layers of 1000 thick.

Annealing run at 400C to 850C in hydrogen ambient. As result of gettering, the concentration of charge carriers was found to be in the range of 108 cm-3 to 1010 cm-3, whereas their mobility was increased to 7000 cm2/(V · s).




© 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.