Amorphous Gadolinium Aluminate as a Dielectric and Sulfur for Indium Phosphide Passivation

Abstract

The passivation of n-type InP (100) using sulfur in combination with a gadolinium aluminate (GAO) dielectric layer has been studied. Photoluminescence, minority-carrier lifetime, and capacitance–voltage measurements indicate that a (NH4)2S vapor passivation step prior to atomic layer deposition of the oxide effectively lowers the interface state density. Surface and interface chemistry were studied by synchrotron radiation photoemission spectroscopy (SRPES). The effect of ex situ surface passivation after native oxide removal in HCl solution was examined. It was observed that surface reoxidation occurred during (NH4)2S vapor exposure, leading to the formation of In x (HPO4) y . S was present on the surface as a sulfide in both surface and subsurface sites. After atomic layer deposition of GAO, sulfates were detected in addition to In x (HPO4) y , which was confirmed by near-edge X-ray absorption fine structure analysis. The S in the stack was quantified using reference-free grazing incidence X-ray fluorescence analysis. X-ray absorption spectroscopy showed that Gd was oxidized and present in the 3+ oxidation state, most likely as a phosphate close to the InP interface and possibly mixed with sulfates. Energy-dependent SRPES measurements of Al 2p and Gd 4d core levels, complemented by transmission electron microscopy, further suggest that the dielectric layer was segregated. Valence band measurements confirm the effective passivation of InP, indicating unpinning of the surface Fermi level.

Модификация электронных свойств поверхности n-InP(100) сульфидными растворами

“…[18,19]. Более высокая плотность поверхностных состояний приводит к большей ширине обедненной области δ. Как правило, плотность поверхностных состояний в запрещенной зоне n-InP(100) составляет ∼ 10 12 см −2 эВ −1 [12].…”

“…Одним из наиболее часто используемых методов пассивации поверхности полупроводников А III В V является обработка сульфидными растворами или газами. В частности, сульфидная пассивация использовалась для модификации электронных свойств нанопроволок InP [9], а также интерфейсов InP/диэлектрик [10][11][12].…”

“…Как правило, сульфидная пассивация поверхности включает в себя удаление слоя естественного окисла и формирование пассивирующего покрытия, препятствующего повторному окислению поверхности и модифицирующего распределение плотности поверхностных состояний. В случае сульфидной пассивации поверхности InP(100) пассивирующее покрытие состоит в основном из сульфидов и оксидов индия [12][13][14][15]. Электронная пассивация поверхности проявляется в виде возрастания интенсивности краевой фотолюминесценции (ФЛ), свидетельствующего о снижении скорости поверхностной безызлучательной рекомбинации [12][13][14][15].…”

“…В случае сульфидной пассивации поверхности InP(100) пассивирующее покрытие состоит в основном из сульфидов и оксидов индия [12][13][14][15]. Электронная пассивация поверхности проявляется в виде возрастания интенсивности краевой фотолюминесценции (ФЛ), свидетельствующего о снижении скорости поверхностной безызлучательной рекомбинации [12][13][14][15]. Однако причины снижения скорости безызлучательной рекомбинации на поверхности n-InP(100) посредством сульфидной пассивации остаются неясными, так как сведения о зонной структуре поверхности n-InP(100) довольно противоречивы.…”

Модификация Атомной И Электронной Структуры Поверхности Полупроводников А-=sup=-Iii-=/Sup=-В-=sup=-v-=/Sup=- На Границе С Растворами Электролитов О Б З Ор

“…Так, например, было показано, что отжиг поверхности InP(100) в H 2 S перед осаждением слоя HfO 2 позволяет создать интерфейсы InP/HfO 2 с несколько лучшими электронными характеристиками по сравнению с интерфейсами, обработанными водным раствором (NH 4 ) 2 S [338]. Еще одним эффективным методом пассивации поверхности InP перед нанесением слоя диэлектрика является выдержка в парах (NH 4 ) 2 S поверхности InP, обработанной раствором HCl для удаления слоя окисла [339].…”