Термические отжиги имплантированных мышьяком МЛЭ пленок CdHgTe

Abstract

В настоящее время наблюдается значительный прогресс в технологии создания р + -n фотодиодов на основе CdхHg1-хTe с использованием ионной имплантации мышьяка. Одной из ключевых для данной технологии является операция электрической активации имплантированной примеси, которая обычно проводится путём двухстадийного термического отжига. Первый этап отжига, проводимый при высоких температурах (~360 0C), и имеющий целью активацию мышьяка и аннигиляцию радиационных дефектов, приводит весь материал к дырочному типу проводимости, а в результате второго этапа (~220 0С при насыщенном давлении паров ртути) вакансии ртути, созданные на первом этапе, аннигилируют, а сама «база» р + -n перехода возвращается к электронному типу проводимости, обусловленному легированием донорной примесью (как правило, индием), проводимым на стадии выращивания материала. При проведении измерений электрических параметров образовавшейся после отжига р + -n структуры оказывается сложно выделить вклад р + -слоя (с имплантированным и активированным мышьяком) в проводимость на фоне высокой проводимости n-«базы». Для решения этой проблемы и получения достоверных данных об электрических свойствах создаваемых структур, проведено исследование влияния различных отжигов на свойства имплантированных мышьяком структур на основе CdхHg1-хTe, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках Si. Исследовались три гетероэпитаксиальные структуры с близким химическим составом фоточувствительных слоёв (x=0.22), выращенные в разных технологических циклах. Ионная имплантация была проведена на установке IMC200 (Ion Beam Services, Франция) однозарядными ионами As+ с энергией Е≈200 кэВ и флюенсом Ф=1014 см-2 . Двухстадийный активационный отжиг проводился в следующих режимах: 360 С, 2 часа при насыщенном давлении паров ртути (THg = 350 C), и 220 С, 24 часа, при насыщенном давлении паров ртути (THg = 210 C). Также проводился изотермический отжиг в р-тип проводимости, – в атмосфере гелия при температуре ~230 0С в течение 22 часов. После отжигов исследовались спектры отражения, ПЭМ исследования приповерхностной дефектной области и электрических параметров структур. В результате исследований было установлено, что тип проводимости имплантируемого образца (n- или р-) не влияет на характер радиационного дефектообразования (формирование дефектов вида «междоузельная ртуть, захваченная дислокационной петлей»). Связывания атомов мышьяка на дислокационных петлях, в свою очередь, нами обнаружено не было. В результате активационного отжига наблюдалась аннигиляция дислокационных петель и связанных с ними радиационных донорных дефектов, ответственных за появление электронов с низкой подвижностью. Как было установлено, активационный отжиг приводит к образованию поверхностного (толщиной порядка величины полного пробега ионов, 300 нм) слоя р-типа проводимости с высокой степенью активации мышьяка. Возможный механизм активации — распад стеклообразных центров вида As2Те3, в которые мышьяк связывается после имплантации.