Главная Промышленная автоматика.


о aj 0,2 0,3 O.h 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 /,4 1,5

Глубина, мкм

Рис. 4.3. Профили концентрации электронов для образцов, имплантированных ионами серы при £ = 400 кэВ и отожженных при 850° С в течение 30 мин

блюдаются большие различия в концентрации электронов и профиле растфе-деления. В случае меньших доз имплантации это различие немного меньше. Для доз, которые обычно используются при изготовлении ПТШ (меньше или равно 10" ион/см), было обнаружено, что имплантация при комнатной температуре дает удовлетворительные уровни легирования с воспроизводимыми профилями.

Кроме способов защиты с помощью осаждения тонких пленок разработан ряд способов, в которы.4 образцы отжигаются без тонких защитных пленок. Пластины GaAs погружались в графитовый порошок и отжигались в водороде. Это давало поверхности хорошего качества с малой потерей As [42] и профили, подобные тем, которые получались при отжиге образцов с маской из нитрида кремния, полученной реактивным распылением. В другом способе используется поток водорода с расгшавом GaAs в Ga [43]. В качестве среды для отжига без маски применяется также мышьяк с избыточным давлением [44]. Все эти способы направлены на предотвращение уда-леьшя As с поверхности GaAs.

В некоторых последних исследованиях для отжига повреждений решетки и активации имплантированных примесей использовалось лазерное или электронное излучение [45, 46]. Хотя были получены высокие концентрации электронов для высоких доз имплантации, подвижности электронов в общем случае были ниже; для низких доз имплантации были получены малые уровни активации. 72



4.4. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛЕГИРУЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ и-ТИПА

Типичные профили концентраций электронов при низких дозах легирования GaAs ионами кремния, серы и селена показаны на рис. 4.4. Кривые построены по результатам измерений зависимости емкости от напряжения для барьера Шотки из алюминия на поверхности имплантированных и отожженных образцов. Расчетные профили имплантированных образцов получены с использованием статистических методов [47 - 49] и показаны на рис. 4.4. Расчетные и измеренные профили довольно хорошо совпадают для кремния и селена. Можно сделать вывод, что высокий процент имплантироваЕШЫХ атомов эффективно легирует GaAs и что происходит лишь ограниченная диффузия этих атомов во время имплантации или последующего отжига образцов. Для серы расчетные и измеренные профили резко отличаются друг от друга. Только около 20% имплантированной серы дают эффект легирования GaAs. а глубина диффузии оказывается намного большей, чем это следует из расчетных данных.

Результаты, полученные на образцах, имплантированных радиоактивным h.L jonom серы, показывают, что это объясняется диффузией серы во время о.жига имплантированных слоев [34]. В результате этой диффузии значительная часть имш1антированной серы теряется из GaAs. Эта потеря имплан-и)13сзанной серы приводит к низкой эффективности легирования (отноше-1я концентрации электронов к имплантированной дозе) при имплантации серы. Наблюдалось, что с ростом энергии при имплантации серы эффектив-; ос с легирования увеличивается [34]. Этот эффект, вероятно, также явля-етсг, следстчием даффузии серы (ухода) во время отжига. Подвижность


0,S а)

OA 0,5

0,1 о,г 0,3

Глубина, мкм В)

Рис. 4.4. Сравнение профилей концентрации электронов, полученных по результатам C-V измерений, с расчетными данными f47-49] при имплантации ионов серы при Е = - 100 кэВ (с), кремния при Е - 200 кэВ (б) и селена при£" = 400 кэВ (в). Образцы отжигались при температуре 850°С в течение 30 мин



410 I--1 Рис.4.5. Профили концентрации электронов для GaAs образцов, имплантированных ионами серы прн Е = 400 кэВ, доза Ю* нон/см через слой SijN толщиной 7"1тГ 70 нм и отожженных при температуре

900°С:

имплантация: о - при Г = 500°С; • - при Г = 350°С; при 7 = 250° С; «-при

Г = 20°С

>5

f /

•Л \

0 V о

1 1 1 1 1

0,2 O.if

f/igSuHa, MKM

электронов в ионно-легированных структурах, характеристики которых приведены на рис. 4.4, сравнима с результатами для хороших эпитаксиальных слоев с такими же концентрациями электронов. На-10i I I-1-1-1-J пример, в имплантированных селеном слоях были измерены подвижности электронов 5000 см/(В*с), которые оказались сравнимы с подвижностями для профилей концентрации электронов, показанных на рис. 4.4 для имплантированного образца. Недавно показано [40], что плотность глубоких ловушек в ионно-легированных структурах GaAs может быть довольно низкой. Глубокие ловушки, наличие которых наблюдалось в этой работе, связаны вероятнее всего со свойствами материала подложки, а не с эффектами имплантации.

Проведенное обсуждение результатов относилось к имплантации малыми дозами, которые давали максимальную концентрацию электронов Ю см" и эффективность легирования для которых при имплантации кремния и селена близка к 100%. Для значительно более высоких доз имплантации, которые используются для получения предельно высоких концентраций электронов, наблюдаемая эффективность легирования значительно ниже 100% [26, 29, 32]. Обнаружено, что для меньших, чем в рассмотренных случаях, доз имплантации концентрация носителей зависит от температуры имплантации, а также от вида маски, используемой при отжиге.

Профили концентрации носителей в образцах, имплантированных ионами селена дозой 1 -10* при 400 кэВ при различных температурах, показаны на рис. 4.5 [50]. Степень активации селена в образцах, имплантированных при комнатной температуре, намного выше, чем в образцах, имплантированных при умеренных температурах от 250 до 500°С. Такой вид температурной зависимости наблюдается для всех случаев легирования GaAs элементами VI группы. Степень активации высокой дозы селена, имплантированного в GaAs, зависит от материала, используемого в качестве маски для отжига. Данные рис. 4.5 получены для маски из пиролитического нитрида кремния. Подобные результаты были получены и при использовании маски из окси-нитрида алюминия [32]. Однако при маске из распыленного 51зЫ4 получа-





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [23] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0038