WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 2 Исследование активации примеси в InP, имплантированном ионами бериллия, методом фотоотражения © Л.П. Авакянц¶, П.Ю. Боков, А.В. Червяков Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119992 Москва, Россия (Получена 17 мая 2004 г. Принята к печати 24 мая 2004 г.) Методом спектроскопии фотоотражения исследован процесс активации примеси в кристаллаx InP, имплантированных ионами Be+ с энергией 100 кэВ и дозой 1013 см-2 и подвергнутых термическому отжигу в течение 10 с. При температурах отжига до 400C в спектрах отсутствуют линии, характерные для кристаллического InP, что свидетельствует о разупорядочении кристаллической решетки вследствие ионной имплантации. При температурах отжига 400–700C в спектрах наблюдаются линии, связанные с фундаментальным переходом InP (1.34 эВ) и переходом между зоной проводимости и спин-орбитально отщепленной подзоной валентной зоны (1.44 эВ), что указывает на восстановление кристаллической структуры. Для образцов, отожженных при температуре 800C, в спектре фотоотражения наблюдаются осцилляции Франца-Келдыша, что свидетельствует об активации примеси. По периоду осцилляций определена концентрация свободных носителей, которая составила 2.2 · 1016 см-3.

1. Введение 2. Образцы и методика эксперимента Фосфид индия является важным полупроводниковым Нами исследовались образцы нелегированного n-InP материалом, применяемым при изготовлении высокоча- [n 1016 см-3] с ориентацией поверхности (100). После стотных полевых транзисторов из-за высокой подвиж- механической полировки и химического травления полупроводниковые пластины имплантировались ионами ности носителей и сравнительно широкой запрещенной бериллия с энергией 100 кэВ и дозой 1013 см-2. Далее зоны ( 1.35 эВ при 300C). Одним из эффективных образцы подвергались термическому отжигу в течение методов формирования полупроводниковых слоев с за10 с при температурах от 300 до 800C. Спектры фотоданным профилем легирования является ионная имотражения регистрировались на установке, описанной в плантация с последующим отжигом. Внедрение в криработе [3]. Спектральная ширина щелей монохроматора сталл высокоэнергетичных ионов примеси сопровождасоставляла 1 мэВ. Модуляция отражения осуществляется разупорядочением кристаллической решетки. Для лась He–Ne-лазером (мощность 10 мВт, длина волны устранения радиационных дефектов и электрической 632.8 нм) на частоте 370 Гц. Измерение спектров проактивации примеси применяется отжиг различного типа водилось при комнатной температуре.

(тепловой, лазерный, быстрый термический). Поэтому актуальной задачей является исследование характеристик ионно-легированных слоев до и после отжига с 3. Результаты и обсуждение целью выбора технологических режимов, обеспечивающих оптимальную активацию примеси. На рис. 1 приведены спектры ФО образцов InP, В ряде работ (например, [1]) эта задача решалась подвергнутых термическому отжигу при различных темс помощью спектроскопии комбинационного рассеяния пературах. При температурах от 400 до 700C в спектрах наблюдаются линии, связанные с фундаментальным света. Этот метод дает информацию как о структурных, переходом InP (Eg = 1.34 эВ) и переходом между зоной так и об электрофизических свойствах вследствие связи проводимости и отщепленной подзоной валентной зоны продольного LO-фонона с плазменными колебаниями в (Eg + = 1.44 эВ) в силу спин-орбитального взаимополярных полупроводниках. Однако определение тако- so действия (см. рис. 2). Как видно из рис. 1, по мере го важного параметра как концентрация носителей с увеличения температуры отжига растет интенсивность помощью комбинационного рассеяния для случая поэтих линий и уменьшается их ширина. Кроме того, лупроводников p-типа (к числу которых относится InP, линия Eg смещается в область меньших энергий. Это легированный бериллием) оказывается затруднительным может быть связано с восстановлением кристаллической из-за слабой зависимости частоты связанных фононструктуры InP.

плазмонных мод от концентрации носителей [2]. ВнастоДля образцов с температурами отжига 400-700C ящей работе для этих целей используется бесконтактный спектры ФО имеют вид, характерный для низкополевого метод спектроскопии фотоотражения, который является случая, и могут быть описаны формулой Аспнеса [4]:

чувствительным при исследовании как особенностей зонной структуры полупроводника, так и встроенных R (E) =Re Aei (E - Ei + )-m, (1) электрических полей, величины которых определяются R профилем распределения примеси и ее концентрацией.

где A, — амплитудный и фазовый параметры, E — ¶ E-mail: avakants@genphys.phys.msu.ru энергия зондирующего излучения, Ei — положение 190 Л.П. Авакянц, П.Ю. Боков, А.В. Червяков занных случаев дал бы соответствующий вклад в сдвиг линии Eg + (см. рис. 2). В то же время по мере роста so температуры отжига не наблюдается смещения линии Eg +. По-видимому, наблюдаемый сдвиг связан с so тем, что в дополнение к донорным уровням у дна зоны проводимости добавляются акцепторные уровни около потолка валентной зоны (Ea на рис. 2). При этом, в силу появления акцепторных уровней, энергия перехода Eg будет уменьшаться на величину энергии активации акцептора Ea. В то же время появление этих уровней не должно влиять на энергию перехода Eg +.

so Для образца, отожженного при температуре 800C, в спектре фотоотражения вблизи фундаментального края поглощения наблюдаются осцилляции Франца-Келдыша: спектр принимает так называемую среднеполевую форму и скачкообразно смещается в область меньших Рис. 1. Спектры фотоотражения InP ионно-имплантироэнергий (см. рис. 3), что свидетельствует об активации ванным Be+ с дозой 1013 см-2 после 10-секундного термичепримеси.

ского отжига при температурах: a — 300, b — 400, c — 500, Для описания среднеполевых спектров с осцилляцияd — 600, e — 700 и f — 800C.

ми Франца-Келдыша мы использовали приближение [4] R 2 - Eg 3/2 (d - 1) cos +, (2) R 3 где — энергия зондирующего излучения, Eg — энергия фундаментального перехода, — электрооптическая энергия:

1/2 e2Es =. (3) 8 µ Здесь µ — приведенная межзонная эффективная масса:

1 1 = +, (4) µ m m Рис. 2. Схема зонной структуры InP в окрестности точки. e h Ec — зона проводимости, Evh — подзона тяжелых дырок m, m — эффективные массы электрона в зоне проводиe h валентной зоны, Evl — подзона легких дырок валентной зоны, мости и дырки в валентной зоне, Es — встроенное поле — спин-орбитально отщепленная подзона валентной зоны, so Ea, Ed — акцепторные и донорные уровни.

i-й спектральной особенности, — феноменологический параметр уширения, m — параметр, определяемый видом критической точки и порядком производной диэлектрической проницаемости (E) по энергии. В рассматриваемом случае m = 2 [4]. Основные параметры спектральных линий были определены в результате аппроксимации низкополевых спектров суммой двух выражений (1) для линий Eg и Eg + соответственно.

so На рис. 3 показана зависимость положения линии Eg от температуры отжига. Как видно, эта линия с ростом температуры отжига смещается в область меньших энергий. Подобные сдвиги наблюдались [5] при исследовании компенсации проводимости в n-GaAs при имплантации ионами B+. Наблюдаемый сдвиг линии Eg Рис. 3. Зависимость положения спектральной линии, соответнельзя связывать ни с размерными эффектами, ни с ствующей фундаментальному переходу InP (Eg), от темперамеханическими напряжениями, так как каждый из ука- туры отжига.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Исследование активации примеси в InP, имплантированном ионами бериллия... 4. Заключение Методом спектроскопии ФО проведено исследование процесса активации примеси в InP, имплантированном ионами Be+ с энергией ионов 100 кэВ и дозой 1013 см-2.

Наблюдаемые изменения в спектрах ФО (рост интенсивности и уменьшение ширины линий) можно связать с восстановлением кристаллической структуры InP. Появление в спектрах ФО осцилляций Франца-Келдыша свидетельствует об активации примеси, которая происходит при температуре 800C. Для дозы бериллия 1013 см-концентрация носителей, определенная из периода осцилляций Франца-Келдыша, составила 2.2 · 1016 см-3.

Полученные результаты показывают, что спектроскопия ФО может быть использована для оценки концентрации носителей и оптимизации режимов отжига в ионноРис. 4. Зависимость положения экстремумов Ej осцилляций легированном InP.

Франца-Келдыша от Fj (6) для образца, отожженного при температуре 800C. Точки — положения экстремумов осцилляций Франца-Келдыша, линия — результат обработки по Список литературы методу наименьших квадратов.

[1] L.P. Avakyants, V.S. Gorelik, E.D. Obraztsova. J. Molecul.

Struct., 219, 141 (1991).

[2] M. Gargouri, B. Prevot, C. Schwab. J. Appl. Phys., 62 (9), (1987).

полупроводника, d — размерность критической точки.

[3] Л.П. Авакянц, П.Ю. Боков, И.П. Казаков, А.В. Червяков.

Для прямых межзонных переходов в InP d = 3. При Вестн. МГУ. Сер. 3, Физика, астрономия, 4, 48 (2002).

этом положения экстремумов осцилляций ( )j даются [4] D.E. Aspnes. Surf. Sci., 37, 418 (1973).

выражением [5] Л.П. Авакянц, В.С. Горелик, А.Б. Коршунов, Э.М. Темпер, А.В. Червяков. Кр. Сообщ. по физике ФИАН, вып. 2, ( )j = (Fj) +Eg, j = 1, 2, 3, (5) (1999).

[6] P.J. Hughes, B.L. Weiss, T.J.S. Hosea. J. Appl. Phys., 77 (12), где 6472 (1995).

2/[7] R.N. Bhattacharya, H. Shen, P. Parayanthal, F.H. Pollak, j - 1/Fj 3. (6) T. Coutts, H. Aharoni. Phys. Rev. B, 37 (8), 4044 (1988).

Редактор Л.В. Беляков На рис. 4 приведена зависимость положения экстремумов осцилляций Франца-Келдыша от Fj (6). Как видно Photoreflection investigations из рисунка, зависимость хорошо аппроксимируется пряof the dopant activation in the InP doped мой линией, что хорошо согласуется с (5), (6). Считая with the beryllium ions межзонную эффективную массу µ равной 0.071me [6] L.P. Avakyants, P.Yu. Bokov, A.V. Chervyakov для переходов между зоной проводимости и подзоной тяжелых дырок валентной зоны, мы определили величиLomonosov Moscow State University, ну встроенного поля Es и энергию фундаментального 119992 Moscow, Russia перехода Eg для указанного образца. Эти величины составили Es = 50 кВ/см и Eg = 1.310 эВ.

Abstract

The processes of the dopant activation in the InP Известно [7], что величина встроенного электричеcrystals implanted with Be+ ions (energy 100 keV, dose 1013 cm-ского поля определяется приповерхностной областью and subsequent thermal annealing during 10 s) have been studied пространственного заряда и зависит от концентрации но- by means of photoreflection spectroscopy. Spectral lines of the crystal InP were absent in the photoreflection spectra of the сителей n и поверхностного потенциала Vs следующим samples annealed at temperatures less then 400C. This fact is образом:

connected with the misordering of the crystal structure due to 1/2 en(Vs - kT/e) the ion implantation. In the temperature range 400-700C the Es =, (7) lines from InP band gap (1.34 eV) and conductance band-spinorbit splitting valence subband (1.44 eV) have been observed due где 0 = 12.4 · 8.85 · 10-14 Ф/см, Vs = 0.64 B —поверхto the recovery of the crystal structure. In the photoreflectance ностный потенциал и = 12.4 — статическая диэлек- spectra of a 800 annealed sample the Franz-Keldysh oscillations трическая проницаемость InP (001) ( и Vs взяты в [6]). have been observed, which can be an evidence in favour of the dopant activation. Carrier concentration calculated from the period Тогда рассчитанная из (7) величина встроенного поля of Franz-Keldysh oscillations was equal to 2.2 · 1016 cm-3.

соответствует концентрации носителей 2.2 · 1016 cм-3.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып.




© 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.