A mechanism for induced surface degradation of high-resistive GaAs during device fabrication

Abstract

Undoped, liquid-encapsulated-Czochralski (LEC)-grown, semi-insulating (SI) GaAs crystals were electrically characterized by temperature-dependent Hall effects and conductivity measurements to establish the mechanism for thermally induced surface degradation. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to obtain depth profiles of the Ga and As composition, and the nature of the defect complexes and their changes were determined using Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR). Boron-related inhomogeneities were found to occur, and although it is normally considered a passive impurity, we conclude that it was in fact responsible for the detrimental p-conversion through the formation of BGa-Ga(i), BG,-GaAs, and BGa-VAs defect complexes. We propose that boron homogenization inhibits the escape of Ga from the crystal surface during annealing, leaving an excess of Ga in the p-converted layers. With FTIR we observed changes in the local vibrational-mode absorption of the acceptor defects SiAs, CAs, and the donors BGa, SiGa, and BGa-SiAs upon annealing. We present a theoretical analysis, which explains the observed changes in electrical characteristics on the basis of variations in deep-donor compensators, less deep donors, and net shallow acceptors, and conclude that higher device yields are achievable in SI GaAs if boron contamination can be reduced.On a dtterminC les caracttristiques Clectriques de cristaux SI Ga As, obtenus par croissance LEC, en effectuant des mesures d'effet Hall dkpendant de la temperature et des mesures de conductivitk, afin d'Ctablir le mtcanisme de la dkgradation de surface induite thermiquement. On a utilisC la spectroscopie phototlectronique en rayons X pour obtenir les profils de la composition Ga et As en fonction de la profondeur; la nature et les changements des complexes de dCfauts ont CtC determines par spectroscopie TFIR. On a constat6 la prtsence d'inhomogCnCitCs dues au bore, et bien qu'il s'agisse d'une impurett considtree normalement cornme passive, nous avons conclu qu'elle est en fait responsable pour le dommage de conversion p par la formation de complexes de dCfauts BGa-Ga(i), BGa-GaAs et BGa-VAs. NOUS supposons que I'homogCnCisation du bore empCche Ga de s'tchapper de la surface du cristal durant le recuit, ce qui laisse un excks de Ga dans les couches OD il y a eu conversion p . Par spectroscopie TFIR, nous avons observe des changements dans l'absorption vibrationnelle locale des dtfauts accepteurs SiAs, CAs et des donneurs BGa, SiGa et BGa-SiAs lors du recuit. Nous prisentons une analyse theorique qui explique les changements observCs dans les caracttristiques Clectriques, sur la base de variations dans les compensateurs donneurs profonds, les donneurs moins profonds et les accepteurs ? i faible profondeur, pour conclure qu'on obtiendra de meilleurs rendements avec SI GaAs si la contamination par le bore peut Ctre reduite.[Traduit par le journal]Can. J. Phys. 63, 740 (1985)