en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2024-91-02-40-49
УДК: 621.315.592.3
Легирование Zn эпитаксиальных слоёв InAlAs и InP из планарного источника Zn3P2
Петрушков М.О., Аксенов М.С., Богомолов Д.Б., Емельянов Е.А., Протасов Д.Ю., Путято М.А., Чистохин И.Б., Преображенский В.В., Гилинский А.М., Воропаев К.О. Легирование Zn эпитаксиальных слоёв InAlAs и InP из планарного источника Zn3P2 // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 2. С. 40–49. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-02-40-49
Petrushkov M.О., Aksenov M.S., Bogomolov D.B., Emelyanov E.A., Protasov D.Y., Putyato M.A., Chistokhin I.B., Preobrazhenskii V.V., Gilinsky A.M., Voropaev K.O. Zn doping of InAlAs and InP epitaxial layers from a planar Zn3P2 source [In Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 2. P. 40–49. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-02-40-49
Предмет исследования. Эпитаксиальные слои InAlAs и InP после диффузии Zn. Цель работы. Разработка методики контролируемого легирования Zn эпитаксиальных слоев InAlAs и InP. Метод. легирование проводилось через узкий зазор c использованием твердотельного источника Zn3P2 и установки быстрого термического отжига. Профили распределения концентрации Zn в InAlAs и InP по глубине определялись методом электрохимического вольт-фарадного профилирования. Глубина диффузии легирующей примеси дополнительно определялась на торцевом сколе методом сканирующей электронной микроскопии. Основные результаты. Установлено, что при T = 500 °C зависимость глубины легирования Zn в слоях InP и InAlAs от времени хорошо согласуется с диффузионной (корневой) зависимостью. При этом из полученных расчётов следует, что эффективный коэффициент диффузии в InP в 2,5 раза выше, чем в InAlAs. Максимальные достигаемые концентрации электрически активной легирующей примеси в слоях InP и InAlAs составляют (6–7)х1017 см–3 и (3–4)х1018 см–3 соответственно. Показано, что присутствие тонкого (100 нм) слоя InAlAs в эпитаксиальном слое InP позволяет существенно замедлить диффузию Zn. Практическая значимость. Полученные в работе результаты по диффузии Zn в InAlAs и InP послужат основой для разработки и изготовления прототипов планарных устройств лавинных фотодиодов с пониженным значением избыточного шума и широким динамическим диапазоном по чувствительности.
диффузия, Zn, InAlAs, InP, лавинный фотодиод
Благодарность:Коды OCIS: 250.1345, 040.1345
Список источников:1. Acerbi F., Tosi A., Zappa F. Growths and diffusions for InGaAs/InP single-photon avalanche diodes // Sens. Actuator A Phys. 2013. V. 201. P. 207–213. https://doi.org/10.1016/j.sna.2013.07.009
2. Yun I., Hyun K. Zinc diffusion process investigation of InP-based test structures for high-speed avalanche photodiode fabrication // Microelectronics J. 2000. V. 31. P. 635–639. https://doi.org/10.1016/S0026-2692(00)00066-5
3. Преображенский В.В., Чистохин И.Б., Путято М. и др. Детекторы одиночных фотонов на основе лавинных фотодиодов InP/InGaAs/InP // Автометрия. 2021. Т. 57. № 5. С. 1–10. https://doi.org/10.15372/AUT20210500
4. Wada M., Sakakibara K., Higuchi M., Sekiguchi Y. Investigation of Zn diffusion in InP using dimethyizinc as Zn source // J. Cryst. Growth. 1991. V. 114. P. 321–326. https://doi.org/10.1016/0022-0248(91)90048-A
5. Vanhollebeke K., D’hondt M., Moerman I. et al. Zn doping of InP, InAsP/InP, and InAsP/InGaAs heterostructures through metalorganic vapor phase diffusion (MOVPD) // J. Electron. Mater. 2001. V. 30. P. 951–959. https://doi.org/10.1007/BF02657716
6. Wisser J., Glade M., Schmidt H. J., Heime K. Zinc diffusion in InP using diethylzinc and phosphine // J. Appl. Phys. 1992. V. 71. P. 3234–3237. https://doi.org/10.1063/1.350969
7. Andryushkin V.V., Gladyshev A.G., Babichev A.V. at al. Zn diffusion technology for InP-InGaAs avalanche photodiodes // J. Phys. Conf. Ser. 2021. V. 2103. P. 012184. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2103/1/012184
8. Петрушков М.О., Путято М.А., Чистохин И.Б. и др. Метод диффузии цинка в InP через узкий зазор с использованием планарного источника на основе Zn3P2 // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44. № 14. C. 19–25. https://doi.org/10.21883/PJTF.2018.14.46340.17146
9. Kim M.D., Baek J.M., Woo Y.D. Double floating guard-ring-type InP/InGaAs avalanche photodiodes with low-resistance ohmic contacts // J. Korean Phys. Soc. 2007. V. 50. P. 1925–1928. https://doi.org/10.3938/jkps.50.1925
10. May-Arrioja D.A., LiKamWa P., Shubin I. at al. Integration of InP-based photonic devices by zinc in-diffusion // Proc. SPIE 6422. Sixth Symposium Optics in Industry. 64221S (19 May 2007). https://doi.org/10.1117/12.742558
11. David J.P., Tan C.H. Material considerations for avalanche photodiodes // IEEE J. Selected Top. Quant. Electron. 2008. V. 14. P. 998–1009. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2008.918313
12. Tan L., Ong D., Ng J. at al. Temperature dependence of avalanche breakdown in InP and InAlAs // IEEE J. Quant. Electron. 2010. V. 46. P. 1153–1157. https://doi.org/10.1109/JQE.2010.2044370
13. Liu J., Ho W., Chen J. at al. The fabrication and characterization of InAlAs/InGaAs APDs based on a mesa-structure with polyimide passivation // Sensors. 2019. V. 19. P. 3399. https://doi.org/10.3390/s19153399
14. Sim J., Kim K., Song M. at al. Optimization of charge and multiplication layers of 20-Gbps InGaAs/InAlAs avalanche photodiode // ETRI Journal. 2020. V. 44. P. 169. https://doi.org/10.4218/etrij.2020-0427
15. Zhang J., Wang H., Zhang G. at al. High-performance InGaAs/InAlAs single-photon avalanche diode with a triple-mesa structure for near-infrared photon detection // Opt. Lett. 2021. V. 46. P. 2670–2673. https://doi.org/10.1364/ol.424606
16. Yang S., Yoo J. Characteristics of Zn diffusion in planar and patterned InP substrate using Zn3P2 film and rapid thermal annealing process // Surf. Coat. Technol. 2000. V. 131. P. 66–69. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(00)00761-1
17. Gurp G.J., Dongen T., Fontijn G.M. at al. Interstitial and substitutional Zn in InP and InGaAsP // J. Appl. Phys. 1989. V. 65. P. 553–560. https://doi.org/10.1063/1.343140
18. Андриевский В.Ф., Гущинская Е.В., Малышев С.А. Диффузия цинка в незащищенную поверхность InP // Ф.Т.П. 2004. Т. 38. № 1. С. 68–71.