Книги по разным темам Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |   ...   | 7 |

4.2. Электронные свойства поверхности, покрытой атомами халькогенов Рис. 3. Возрастание интенсивности фотолюминесценции (PL) Уже в первых работах, посвященных пассивации поотносительно интенсивности несульфидированного полупроверхности GaAs в сульфидных растворах, наблюдалось водника (1) и высоты приповерхностного барьера (2) n-GaAs заметное возрастание интенсивности фотолюминесцен(n = 1 1018 см-3), пассивированного в различных растворах, ции полупроводника [121], обусловленное существенным в зависимости от константы скорости реакции формирования снижением скорости поверхностей безызлучательной ре- сульфидного покрытия.

комбинации, которая становится равной скорости безызлучательной рекомбинации на идеальной гетерогранице GaAs / AlGaAs [122]. Возрастание интенсивности фотонации после обработки поверхности атомами халькогелюминесценции GaAs после сульфидирования в сущенов связывалось как со снижением плотности поверхственной степени зависит как от уровня легирования ностных состояний в запрещенной зоне полупроводниполупроводника (рис. 2), так и от константы скорости ка, так и с изменением приповерхностного изгиба зон реакции формирования сульфидного покрытия при сульполупроводника.

фидировании (т. е. от толщины сульфидного покрытия, сформировавшегося в единицу времени, деленной на концентрацию серы в растворе) (рис. 3) [123,124], а 4.2.1. Влияние атомов халькогенов на также от условий последующего отжига [125]. Эфповерхностные состояния в запрещенной фективность электронной пассивации поверхности GaAs зоне в полупроводниках AIIIBV (100) возрастает при увеличении константы скорости реакции формирования сульфидного покрытия в водных В спектре поверхностных состояний n-GaAs, полуи спиртовых растворах сульфидов натрия или аммо- ченном из анализа темновых вольт-фарадных характериния [46]. Снижение скорости поверхностной рекомби- стик структур металЦдиэлектрикЦGaAs, в запрещенной Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1290 В.Н. Бессолов, М.В. Лебедев зоне наблюдаются два пика поверхностных состояний: 4.2.2. Влияние атомов халькогенов один на расстоянии 0.6 эВ от дна зоны проводимости, на приповерхностный изгиб зон а другой Ч на расстоянии 0.3 0.5эВ от потолка в полупроводниках AIIIBV валентной зоны [10,126]. Плотность состояний в этих и положение энергетических уровней пиках около 1013 см-2 эВ-1. Обработка в водном на поверхности растворе сульфида аммония приводит к уменьшению Приповерхностный изгиб зон и положение энергетиплотности поверхностных состояний вблизи середины ческих уровней на поверхности (поверхностного уровня запрещенной зоны примерно на порядок. Одновременно Ферми, энергии ионизации и электронного сродства) было показано [127], что такая обработка приводит к являются важнейшими параметрами, характеризующими зависимости высоты барьера Шоттки на сульфидированэлектронную структуру полупроводника. Так как одной ной поверхности GaAs от работы выхода металла, исиз причин поверхностной рекомбинации является изгиб пользующегося для изготовления барьерного контакта, зон, неудивительно, что при исследованиях электронной что также свидетельствует об уменьшении плотности структуры пассивированных полупроводников наибольповерхностных состояний в запрещенной зоне при сульшее внимание уделялось исследованиям приповерхностфидной обработке. Отмечалось, что сульфидирование в ного барьера и положения, в котором уровень Ферми водных растворах приводит главным образом к снижезакреплен на поверхности.

нию плотности глубоких поверхностных ловушек, в то В ранних работах по сульфидированным полупроводвремя как плотность мелких поверхностных ловушек никам исследования приповерхностного барьера проводаже несколько увеличивается [128].

дились главным образом косвенными методами. Уже Теоретические исследования сульфидированных пов одной из первых работ по сульфидной пассивации верхностей GaAs (001) Ч (1 1) [68], GaAs (001) Ч GaAs [136] было установлено уменьшение приповерх(2 1) [129,130] и GaAs (111) [69] показали, что ностного изгиба зон в n-GaAs при нанесении на поверхадсорбция серы приводит к выталкиванию поверхностность слоя сульфида натрия. Рамановская спектроскопия ных состояний из запрещенной зоны полупроводника сульфидированного полупроводника показала уменьше(особенно при формировании связей GaЦS). Позднее ние интенсивности пика, обусловленного рассеянием при анализе других возможных атомных структур на на продольных оптических (LO) фононах по сравнеповерхности GaAs (001) [131] было установлено, что нию с несульфидированным. Поскольку пик, связанный адсорбция серы приводит к возрастанию поверхностной с LO-фононами, обусловлен обедненной областью на запрещенной зоны, т. е. промежутка между наивысшими поверхности полупроводника, его интенсивность (измезаполненными и наинизшими вакантными поверхностныряемая по отношению к интенсивности пика, связанного ми состояниями.

с рассеянием на спаренной фонон-плазменной моде в Сульфидирование поверхности InP (100) перед наобъеме полупроводника на свободных носителях) ханесением диэлектрика позволило на 2 порядка снирактеризует глубину обедненной области полупроводзить плотность состояний на границе InP / диэлектрик.

ника. Уменьшение интенсивности пика, связанного с Плотность поверхностных состояний на такой гетероLO-фононами при сульфидировании, свидетельствует об границе составила по оценкам [132] 7 109 см-2 эВ-1.

уменьшении глубины обедненной области. Предполагая, Структуры металЦдиэлектрикЦполупроводник, созданчто сульфидирование не приводит к накоплению избыные с использованием сульфидной обработки, имели точного заряда на поверхности, и пользуясь данными по безгистерезисные вольт-фарадные характеристики, праквысоте барьера несульфидированного n-GaAs, получентически без частотной дисперсии в диапазоне от 10 кГц ными с помощью фотоэмиссионных исследований в [137] до 5 МГц.

(0 = 0.78 эВ), авторы [136] рассчитали приповерхностИсследование фотолюминесценции слабо легирован- ный барьер сульфидированного GaAs (n = 1 1018 см-3), ного InP при гелиевых температурах показало, что суль- оказавшийся равным 0.48 эВ.

фидная пассивация приводит к снижению излучательной В дальнейшем, однако, было показано вначале меторекомбинации через поверхностные состояния [133]. Об- дом измерения поверхностной проводимости [138,139], работка поверхности InP (100) (с концентрацией носите- а потом и с помощью фотоэмиссионных измерелей n = 41016 см-3) в водном растворе сульфида натрия ний [54Ц56], что сульфидирование GaAs (100) в водприводила к возрастанию интенсивности фотолюминес- ных растворах сульфида натрия или сульфида аммония ценции полупроводника при комнатной температуре в не приводит к изменению приповерхностного изгиба 3 раза [134]. Интенсивность фотолюминесценции при зон и положения поверхностного уровня Ферми. Отжиг температуре жидкого азота InP (100) (n =3 1018 см-3), сульфидированной поверхности n-GaAs при температуре обработанного в водном растворе сульфида аммония, около 360C вызывал уменьшение приповерхностного возрастала в 4 раза, а последующий отжиг приводил изгиба зон на 0.3 эВ [55,56]. Исследование положения к тому, что интенсивность фотолюминесценции была в поверхностного уровня Ферми в p-GaAs методом ани9 раз больше интенсивности фотолюминесценции полу- зотропного отражения позволило авторам [125] утверпроводника с несульфидированной поверхностью [135]. ждать, что наблюдаемый сдвиг в направлении зоны Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Халькогенидная пассивация поверхности полупроводников AIIIBV. О б з о р проводимости на 0.8 эВ в результате отжига в вакууме при температуре 270C связан с десорбцией пассивирующего покрытия, обладающего отрицательным зарядом.

Дальнейший отжиг ведет к формированию димеров на поверхности и возвращению уровня Ферми примерно в исходное положение.

Сульфидирование поверхности n-GaAs (100) из газовой фазы, в частности, в потоке серы, выходящем из электрохимической ячейки, вызывало уже при комнатной температуре уменьшение изгиба зон на 0.2 эВ, который в результате отжига при 360C уменьшался еще на 0.3 эВ [56]. Более того, наблюдаемое уменьшение приповерхностного изгиба зон после отжига зависело от реконструкции исходной поверхности n-GaAs (100) [58]:

Рис. 4. Положение поверхностного уровня Ферми (EFS), краев у поверхности с реконструкцией c(2 8), сульфидирозоны проводимости (EC) и валентной зоны (EV ) по отношению ванной потоком серы, приповерхностный изгиб зон не к уровню вакуума для n-GaAs (100) (n = 1 1018 см-3), изменялся при отжиге даже до 500C, в то время как у несульфидированного и сульфидированного в различных расисходной поверхности с реконструкцией (4 1) и сультворах, в зависимости от обратной диэлектической постоянной фидированной аналогичным образом приповерхностный сульфидного раствора ().

изгиб зон уменьшался при отжиге до 500C на 0.3 эВ.

При отжиге до 570C, т. е. до полной десорбции серы с поверхности, уровень Ферми возвращался в исходное положение несульфидированного полупроводника.

происходит возрастание энергии ионизации полупроводПри адсорбции серы из газовой фазы на поверхность ника на 0.92 эВ.

n-GaAs (111) приповерхностный изгиб зон и соответДругие методики сульфидирования GaAs также привоственно положение приповерхностного уровня Ферми дили к изменению положения поверхностных энергетиизменяются по-другому [70]. На чистой поверхности ческих уровней. В частности, сульфидирование n-GaAs GaAs (111)A уровень Ферми находится на 0.45 эВ выше (100) в спиртовых растворах неорганических сульфидов потолка валентной зоны, и адсорбция серы при ком(сульфидов натрия или аммония) приводило к уменьшенатной температуре приводит к сдвигу его на 0.2 эВ в нию приповерхностного изгиба зон [124,140,141], присторону зоны проводимости. Отжиг до 450C приводит к чем сдвиг приповерхностного уровня Ферми возрастал сдвигу уровня Ферми на 0.1 эВ, так что результирующее по мере уменьшения диэлектрической проницаемости уменьшение изгиба зон становится равным 0.3 эВ, а уросульфидного раствора и константы скорости реакции вень Ферми становится закрепленным вблизи середины формирования сульфидного покрытия (рис. 3). При этом запрещенной зоны. Отжиг сульфидированной поверхнопроисходило возрастание энергии ионизации полупрости GaAs (111)A до полной десорбции серы с поверхноводника, которое было тем большим, чем меньше диэлексти возвращает уровень Ферми в исходное положение, трическая проницаемость раствора [142] (рис. 4). Так, характерное для несульфидированного полупроводника.

например, при сульфидировании n-GaAs (100) в водном На чистой поверхности GaAs (111)B уровень Ферми растворе сульфида аммония уровень Ферми практически находится на 1.0 эВ выше потолка валентной зоны и не сдвигался, а энергия ионизации возрастала на 0.2 эВ, в после адсорбции серы при комнатнй температуре сдвито время как при сульфидировании в растворе сульфида гается на 0.1 эВ в сторону зоны проводимости. Однако аммония в изопропиловом или трет-бутиловом спирте последующий отжиг приводит к сдвигу уровня Ферми уровень Ферми сдвигался на 0.53 эВ в сторону зоны на 0.3 эВ в обратную сторону, так что уровень Ферми проводимости [140,141], при этом энергия ионизации становится закрепленным вблизи середины запрещенной возрастала на 0.75 эВ.

зоны.

Обработка поверхности GaAs (100) атомами селена Исследование адсорбции серы на сколотой в вакууме тоже приводила к изменению приповерхностного изгиба поверхности GaAs (110) n- и p-типа проводимости [40] зон. Было показано, что изгиб зон на поверхности n-GaAs показало, что по мере увеличения времени выдержки (100) уменьшается до 0.1 0.15 эВ как при обработке поверхности в потоке серы уровень Ферми на поверхв водных растворах, содержащих Se, [15], так и при ности как n-GaAs (110), так и p-GaAs (110) смещался выдержке атомарно-чистой неокисленной поверхности из положения, совпадающего с положением в объеме n-GaAs (100) в H2Se при 425C [76] и в потоке Se2 [112].

полупроводника, до положения, отстоящего примерно на 0.35 эВ от потолка валентной зоны. Дальнейшая выдерж- Положение уровня Ферми относительно краев зон пока в потоке серы приводит к тому, что уровень Ферми лупроводника, характерное для различных поверхностей как в n-, так и в p-GaAs (110) закрепляется в положении n-GaAs (100), покрытых атомами халькогенов, предстана 0.85 эВ выше потолка валентной зоны. Одновременно влено на рис. 5.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1292 В.Н. Бессолов, М.В. Лебедев 5. Применение халькогенидной пассивации в полупроводниковой технологии 5.1. Пассивация полупроводниковых приборов 5.1.1. Биполярные транзисторы Биполярные транзисторы на основе гетероструктур GaAs / AlGaAs находят широкое применение в высокочастотных аналоговых и цифровых интегральных схемах.

Рис. 5. Положение поверхностного уровня Ферми EFS отПри этом для повышения рабочей частоты и снижения носительно краев зоны проводимости EC и валентной зоны потребляемой мощности требуется создавать приборы EV n-GaAs (100) при различной халькогенидной пассивации возможно более малых размеров. Однако из-за высокой по данным разных работ: [137] Ч необработанная поверхскорости поверхностной рекомбинации, присущей GaAs, ность; [56] Ч обработка в водных сульфидных растворах (1) значительная часть электронов, инжектированных в базу, и отжиг при 360C (2); [58] Ч обработка в потоке S2 (3) будет теряться, что приведет к резкому снижению коэфи отжиг при 500C (4); [140] Ч обработка в растворе фициента усиления при уменьшении размера прибора.

(NH4)2S + t-C4H9OH; [112] Ч обработка в потоке Se2.

Поэтому, чтобы реализовать работающие приборы малых размеров, необходимо значительно снизить поверхностную рекомбинацию.

Пассивация атомами халькогенов впервые была приСульфидирование InP (100) также приводило к изменена для улучшения характеристик биполярного транменению положения уровня Ферми на поверхности зистора GaAs / AlGaAs [8]. В результате обработки относительно краев зон полупроводника. Было покатранзистора в водном растворе сульфида натрия было зано [93], что обработка поверхности p-InP (100) в достигнуто 60-кратное увеличение коэффициента усилегазовой смеси H2S/ H2Sn при комнатной температуре ния по току при низких значених коллекторного тока.

приводит к закреплению уровня Ферми в положении В дальнейшем [145] было показано, что такая пассива0.5 0.6 эВ выше потолка валентной зоны. Отжиг ция приводит к существенному улучшению идеальности этой поверхности приводил к сдвигу уровня Ферми в эмиттерного перехода (коэффициент неидеальности n направлении зоны проводимости, при этом повышение уменьшился за счет пассивации с 1.7 до 1.03). Это температуры отжига приводило к возрастанию сдвига.

позволило достичь высокого коэффициента усиления по Так, при температуре отжига 300C уровень Ферми был току при более высоких токах коллектора.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |   ...   | 7 |    Книги по разным темам