Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
Ионно-лучевое легирование GaAs. Вопросам ионно-лучевого легирования GaAs и других соединений типа АщВу посвящено сравнительно небольшое число иссле^ дований, возможно, в связи с тем, что управление свойствами этих полупроводников более обычными методами (диффузия, эпитаксиальное наращивание, включая создание гетеропереходов) достигло высокого совершенства [75, 76, 801.
Однако опубликованные результаты, в частности [77], позволяют считать, что в определенных случаях ионное легирование соединений А1ИВу должно оказаться практически полезным. Надо заметить, что помимо собственно легирования GaAs представляет интерес возможность создания изолирующих слоев в этом материале за счет управляемой компенсации электрически активных центров глубокими уровнями примесей или устойчивых дефектов.
В [77] подробно исследовалось ионное легирование GaAs попами элементов II, IV и VI групп системы Менделеева с эиергпей 40 кэВ. Было выяснено, что для «проявления» электрической активности вводимых примесных центров необходим отжиг при температуре не ниже 500 °С, а также защита поверхности GaAs от испарения мышьяка и внедренной примеси, что осуществлялось нанесением пленки в тлеющем разряде. Эффективность легирования после отжига составляла несколько процентов (в работе американских авторов получены примерно те же значения) [78]. Было показано, что ионное легирование GaAs германием, вводящее донорные центры,
О
позволяет создавать тонкие (500 А) сильно легированные слои GaAs /i-типа. Во всех случаях ионного легирования увеличение активности введенной примеси имело место при отжиге вблизи 500 °С, что хорошо согласуется с дан-
302 ПРОЦЕССЫ ПРИ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ [ГЛ. 7
пыми отжига радиационных дефектов, вводимых при облучении GaAs быстрыми нейтронами [79]. Это позволило авторам прийти к заключению, что степень отжига связана с распадом крупных комплексных дефектов. Как н в других случаях ионного легирования полупроводников, экспериментально наблюдалось проннкновение примеси в GaAs на глубины, значительно больше, чем предсказываемые теорией ЛТТТТТТ.
§ 5. Лазерный и электронно-лучевой отжиг имплантированных слоев в полупроводниках
Как хорошо известно, термический отжиг широко применяется в полупроводниковой технологии для приведения материалов, подвергнутых действию радиации, в «структурно-равновесное» состояние. Сравнительно высокая температура и длительность такого отжига, а также необходимость нагрева всего объема (например, кремниевых пластин с интегральными схемами) часто приводят к нежелательным неконтролируемым явлениям — прежде всего, к диффузии легкоподвижных примесей. Необходимость поисков методов локального и строго ограниченного во времени отжига была осознана довольно давно.
Следует указать на осуществленные еще в пятидесятые годы Бредовым и др. эксперименты по получению р — и-переходов в Ge путем импульсного нагрева электронным пучком [81]. Однако указанные опыты проводились не со слоями, подвергнутыми ионной пмплантацип. На то обстоятельство, что в слоях полупроводников, подвергнутых воздействию интенсивного света лазера, происходит кратковременное плавление и быстрая рекристаллизация, было указано в работах Блинова и др. [82].
В 1974—1975 гг. Хайбуллиным и его коллегами в Казани, Качуриным, Придачиным и Смирновым в Новосибирске были опубликованы результаты, свидетельствовавшие о принципиально новых и чрезвычайно ценных для практики особенностях «лазерного отжига» ионно-имплантированных слоев. В настоящее время в советской и зарубежной научной литературе имеется большое число оригинальных статей [42] по данному вопросу и несколько содержательных обзоров [83—85]. Термин «лазерный отжиг» (ЛО) в настоящее время широко используется:
§ 5] ЛАЗЕРНЫЙ И ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОТЖИГ 30$
действительно, в первых работах советских авторов в качестве источников интенсивных световых пмпульсов были применены лазеры; позднее стало очевидным, что аналогичные результаты удается получать также с помощью импульсных источников некогерентного света и электронных пучков.
Как выяснено в настоящее время, главные особенности и практические преимущества связаны с импульсным характером воздействия светового или электронного пучка на имплантированные слои в полупроводниках, когда скорость нарастания уровня квазитеплового возбуждения кристаллической решетки и электронной подсистемы полупроводника очень велика (^105 Дж/(см2-с)).
Как следует из данных опыта, для достижения эффективного отжига плотность энергии светового или электронно-лучевого возбуждения должна превышать некоторое пороговое значение, определяемое полупроводниковым материалом, режимом ионной имплантации, длиной волны света или энергией быстрых электронов и, наконец, длительностью светового или электронного импульса.
В случае JIO обычно выбирается излучение, лежащее в полосе собственного поглощения полупроводникового материала. На процессы структурных перестроек и фазовые переходы — в первую очередь на рекристаллизацию аморфных слоев — должны влиять как квазптепловбе *) возбуждение решеток, так и интенсивная ионизация. Известно, что при торможении быстрых электронов в полупроводниках около трети всей энергии электронов затрачивается на образование пар неравновесных носителей заряда (ННЗ); при световом возбуждении относительная доля энергии, переходящая в энергию ННЗ, может приближаться к единице. Концентрация ННЗ в начальный момент может достигать 1018—1020 см-3; время существования ННЗ, однако, невелико: оно ограничено рекомбинацией, где доминирующую роль играют ударные (оже) процессы [861, амбиполярная диффузия ННЗ за пределы области возбуждения, а в некоторых случаях, например, в GaAs — фотонный перенос энергии ННЗ [87].
