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
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
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
Mikhail O. Petrushkov, Maxim S. Aksenov, Dmitry B. Bogomolov, Eugeniy A. Emelyanov, Dmitry Y. Protasov, Mikhail A. Putyato, Igor B. Chistokhin, Valerii V. Preobrazhenskii, Alexander M. Gilinsky, and Kirill O. Voropaev, "Zn doping of InAlAs and InP epitaxial layers from a planar Zn3P2 source," Journal of Optical Technology. 91(2), 86-90 (2024). https://doi.org/10.1364/JOT.91.000086
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.