CC BY
15
УДК 535.361.2
ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЕНСАЦИИ ПРОВОДИМОСТИ СаАй ПРИ ИМПЛАНТАЦИИ ИОНОВ В+ МЕТОДОМ
ФОТООТРАЖЕНИЯ
Л. П. Авакянц, В. С. Горелик, А. Б. Коршунов, Э. М. Темпер1, А. В. Червяков
Исследованы спектры фотоотражения в области края фундаментального поглощения Е3 эпитаксиальных пленок п-СаАв, имплантированных ионами В+ с энергией 100 кэВ в диапазоне доз 31011 —6.2-1012 см~2. В интервале доз (1-2 — 2.4) • 1012сл1-2 обнаружено изменение величины Ед, связанное с п-р конверсией проводимости пленок в процессе имплантации. Уменьшение Ед для образцов р-типа объясняется образованием примесной акцепторной зоны, расположенной над потолком валентной зоны.
Методы модуляционной спектроскопии широко используются для исследования полупроводниковых структур и поверхности полупроводников [1 - 3]. Наибольшее распространение получили методы фото- и электроотражения (ЭО), основанные на регистрации изменения коэффициента отражения Я исследуемого образца под воздействием электрического поля. В случае фотоотражения (ФО) модуляция Я осуществляемся изменением электрического поля в области поверхностного заряда при генерашп электронно-дырочных пар лазерным излучением. Преимуществами этого неразруша-ющего метода являются бесконтактность и высокая пространственная локальное 1 ь. В данной работе этот метод используется для изучения процесса компенсации проводимости низкоомных эпитаксиальных пленок арсенида галлия при имплантацип ионами В+.
1 Московский государственный университет.
Исследовались эпитаксиальные п+п структуры толщиной 0.5 мкм, на полуизолирующем С а Ля с ориентацией (100). Максимальная концентрация свободных носителей в проводящем слое составляла 2 • 1018 см~3. Имплантация проводилась на ускорителе с энергией ионов В+ 100 кэВ в диапазоне доз 3 • 1011 — 6.2 • 1012сж-2. Плотность ионного тока составляла 0.01 мкА/см2.
Рис. 1. Блок-схема установки для регистрации спектров фотоотражения.
Для регистрации спектров ФО использовалась автоматизированная установка, блок схема которой представлена на рисунке 1. Свет от полосковой лампы 1, прошедший через монохроматор МДР-23 2, отражался образцом 3 и поступал на фотоприемник 6 фотодиод ФД-24. В качестве источника модулирующего излучения применялся Не Ме лазер 4 с механическим прерывателем 5, работающим с частотой 3 Гц. Плотность мощности лазерного излучения на образце составляла менее 1.5 мВт/см2. Это обеспечивало линейную зависимость амплитуды регистрируемого сигнала от величины модулирующего излучения и соответствовало условию низкополевого линеаризованного ЭО. Сигнал с фотодиода разделялся на постоянную и переменную составляющие, которые
усиливались и поступали через интерфейсный микропроцессорный блок на персональный компьютер 8, где программно осуществлялось формирование сигнала ¿Я/Я. Для регистрации сигнала на частоте модуляции использовался селективный усилитель 7 с синхронным детектором УНИПАН-232В.
Рис. 2. Спектры фотоотражения эпитаксиальпых пленок п-СаАь, имплантированных ионами В+ с дозой а - О, Ь - 3 • 1011, с - 6 • 10", (I - 1.2 ■ 1012, е - 2.4 ■ 1012, / - 6.2 • 1012 см~2. Точки - эксперимент, сплошные линии - теория.
Регистрация спектров фотоотражения производилась в области края фуйдаменталь ного поглощения Ед. При дозах имплантации до 6 • 1011 см~2 в спектрах ФО (рис. 2. кривые а-с) доминирует пик с положительными значениями ¿Я/Я в области длин волн 850 - 870 им. С увеличением дозы имплантации в спектрах наблюдается изменение амплитуды и полярности пика, а также его смещение в длинноволновую область (рис. 2, кривые <!-£).
Для количественного анализа полученных результатов воспользуемся теорией электроотражения [4], считая, что спектры фото- и электроотражения описываются одинаковыми зависимостями [3]. Тогда относительное изменение коэффициента отражения
может быть представлено в следующем виде [4]:
с//?
— =МСе1\Ед-Е + Х)-*1% (1)
где Г феноменологический параметр уширения, С - амплитуда наблюдаемого спектра, О фазовый фактор, Е - энергия кванта падающего на образец зондирующего света. Обработка экспериментально полученных спектров заключалась в аппроксимации их теоретической зависимостью (1) методом наименьших квадратов. В ходе аппроксимации варьировались параметры С, 0, Ед и Г, а также параметры фона. Найденные таким образом параметры приведены в таблице 1. Экспериментальные спектры представлены на рисунке 2 точками, а соответствующие им аппроксимирующие кривые - сплошными линиями. Изменения величин Ед и Г (табл. 1) могут быть объяснены изменением тина проводимости и подвижности носителей в ваАв в процессе имплантации.
Таблица 1
Зависимость параметров спектров фотоотражепия от дозы имплантации Ф
Ф, см~2 0 3 - 1011 6 • 10й 1.2- 10" 2.4 • 10" 6.2 • 10"
в 2.7 3.0 2.3 0.3 6.1 0.7
\д, им 869 867 869 868 877 875
Г. нм 8 10 11 10 9 9
Электрофизические измерения показали, что при имплантации происходит компенсация проводимости СаЛз, что связано, по-видимому, с образованием радиацион ных дефектов, имеющих глубокие уровни в запрещенной зоне С а Аз [5] и являющихся ловушками для электронов. Согласно знаку коэффициента Холла, в интервале доз (1.2-2.4)-10" см~2 имеет место п-р конверсия. При этих же дозах наблюдается изменение длины волны \а (табл. 1), соответствующей краю фундаментального поглощения Е,г Исследования образцов методом комбинационного рассеяния света показали, что вплоть до дозы имплантации ~ 1013 см~2 аморфизации образца не происходит. Поэ го му можно считать, что регистрируемое изменение Ед обусловлено не аморфизацией образцов при имплантации, а изменением типа проводимости. Это изменение Ед нельзя объяснить и эффектом Бурштейна - Мосса, т.к. величина Ед остается постоянной в пределах точности измерений для всех образцов с п-типом проводимости при дозах имплантации до 2.4 • 1012 см"2. Значение Ед при этом совпадает с шириной запрещенной зоны для чистого СаАя. Уменьшение Ед для образцов р-тина объясняется, по-видимому,
образованием примесной акцепторной зоны, расположенной над потолком валентной ю
н ы [6].
Таким образом, исследованы спектры фотоотражения в области края фундаментального поглощения Ед эпитаксиальных пленок n-GaAs, имплантированных ионами В+ с энергией 100 кэВ в диапазоне доз 3 • 1011 — 6.2 • 1012 см~2. Из анализа спектров на ос нове теории низкополевого линеаризованного электроотражения обнаружено уменьшение величины Ед, связанное с п-р конверсией проводимости пленок в процессе имплантации.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 98-09-18372.
ЛИТЕРАТУРА
[1] К а р д о н а М. Модуляционная спектроскопия, М., Мир, 1972.
[2] Г а л и е в Г. Б., К а п а е в В. В., Мокеров В. Г. Поверхность, N 7, 143
(1986).
[3] В h a t t. а с h а г у a R. N., S hen Н., Р а г а у a n t h а 1 P., et al. Phys. Rev., B37, N 8, 4044 (1988).
[4] Wrobel J. M., Basset L. C., A u b e 1 J. L., S u n d a r a m S. J. Appl. Phys.. 60. N 3, 1135 (1986).
[5] F a v e n n e с P. M., G a u n e a u M., L ' H а г i d о n H., Deveaud B. Appl. Phys. Lett., 38, N 4, 271 (1981).
[6] P a n k о v e J.I. Phys. Rev., 140. N 6A, A2059 (1965).
Поступила в редакцию 8 октября 1998 г.
