退火对硫化后的P型InP表面性能的影响.pdf

退火对硫化后的P+型InP表面性能的影响 庄春泉 汤英文 龚海梅 (中科院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室 上海 200083) 摘要：本文采用光致发光(PL)和x射线光电子能谱仪(XPS)相结合的方法，对硫化前后P． 型InP的PL光谱vX础ft．面化学成分进行了分析，对硫化和硫化扣退欠引起的PL光谱的变化作出了 解释，得到了硫化和硫化加退火时硫化的InP表面性能的影响：同时得到了s在lnP表面所成键的 结构以及稳定性随温度的变化，比国际上大部分文献所报道的要低． 关键词：光致发光：X射线光电子能谱；硫化；表面态密度 1．引言 InP系列化合物半导体在高速电子器件和红外光电器件中有广泛的应用前景，但是其表面不稳 定性在很大程度上制约着它们的发展。为了改善器件表面的电子特性．InP的表面钝化引起了人们 广泛的注意．在众多的钝化方法中，硫化成了Ⅲ一V族化合物半导体表面钝化中通用的方法。所用的 分及结构等，人们已进行了相当多的研究，但是至今还没有一个清楚的认识。在对钝化效果的评价 中，人们大多采用硫化对金属一半导体肖特基接触中势垒高度的变化和C叫特性曲线来评价InP表面 钝化效果，而很少采用光致发光(PL)法，因为硫化有时候往往使得峰值强度减小。本文采用PL和 x射线光电予能谱仪(XPS)相结合的方法对硫化后的P+型InP表面性能随退火条件不同而变化进行 了试验，对S在InP表面所成键的结构以及稳定性等进行了研究，并对退火对PL光谱的变化进行了 解释。 2．实验 是(1．0，0)．掺杂浓度为(2--3)X 用去离子水冲洗。无水乙醇脱水后地吹干。再将材料沿解理面解理成5小片，将5个样品分别标为 20rain后取出样品放入去离子水中浸泡5min以去除部分覆盖在材料表面的多晶硫，№吹千．将c，d． e样品分别于300。C，400。C，500。C下№气氛中退火5Ⅲin． Ka。功率 XPS测试中采用的x_射线光电子能谱仪为美国PHI公司PHI5300系统，激发源为Mg 描而忽略强度很小的伴峰。窄扫描的结果如图2西所示，横坐标代表键能(ev)，纵坐标代表强度． 峰值强度扣除当地背景后得到该化学键的真实强度。通过计算峰面积可得到同个样品中0，P’In，S的 相对含量．如表l所示。 探测。所有的样品都在液氯制冷的条件下进行测试．结果如图1所示。 3．结果和讨论 从PL图上可以看出，除了于500下退火的e样品外，其他样品的光谱峰值位置都在0．88I_Lm， 617 复合，而—删较大的峰值对应于表面态到价带(ss-v)之间的辐射复合．对于e样品其e—v和ss—v 峰值位置分别发生了蓝移和红移。 强 度 ●■● ●．●● IJ Ij ●J J 披长 图1 771(下8．b，c，d．e样品的PL光谱图 从表1可知，8表面含有nP，In，这是因为InP表面暴露于空气当中数分钟后即形成自身氧化层；b 是硫化后的，其表面含有相当数量的S，此时，表面与s成键的元素包括oI P，S。In．PL图上显示出a．b 的光谱曲线并无明显的变化．仅e_A处的峰值强度略有增强，这表明硫化和自身氧化的InP表面于77K 下都具有较低密度的表面态．但是众所周知．自身氧化的InP表面是根不稳定的。样品硫化且300。C 退火后(c样品)，含s的化学键中仅有S—In键存在，而其他的硫化物已挥发掉．而且s在表面由原来 的1Xl结构重建为lX2结构，如图6所示：此时PL光谱中BE和e_A均应该增强，可是情况恰恰相反． 晶硫薄膜对光的散射，至于为什么这个现象在硫化的InP退火后变得明显．可能跟硫透过表面深入到 IIlP内部从而产生p-n结有关，有待于采用峨歇电子能谱法沿深度作进一步的分析．为了消除因这一 现象给我们带来判断钝化效果的影响。我们比较退火前后PL光谱中峰值强度的相对变化，结果发现 BE’e_A与SS—Y的强度比退火前均有明显的提高，这可以说