Antimony segregation in Ge and formation of n-type selectively doped Ge films in molecular beam epitaxy

Abstract

Antimony segregation in Ge(001) films grown by molecular beam epitaxy was studied. A quantitative dependence of the Sb segregation ratio in Ge on growth temperature was revealed experimentally and modeled theoretically taking into account both the terrace-mediated and step-edge-mediated segregation mechanisms. A nearly 5-orders-of-magnitude increase in the Sb segregation ratio in a relatively small temperature range of 180–350 °C was obtained, which allowed to form Ge:Sb doped layers with abrupt boundaries and high crystalline quality using the temperature switching method that was proposed earlier for Si-based structures. This technique was employed for fabrication of different kinds of n-type Ge structures which can be useful for practical applications like heavily doped n+-Ge films or δ-doped layers. Estimation of the doping profiles sharpness yielded the values of 2–5 nm per decade for the concentration gradient at the leading edge and 2–3 nm for the full-width-half-maximum of the Ge:Sb δ-layers. Electrical characterization of grown Ge:Sb structures revealed nearly full electrical activation of Sb atoms and the two-dimensional nature of charge carrier transport in δ-layers.

Влияние отжига на свойства слоев Ge : Sb/Si(001) с концентрацией сурьмы выше уровня ее равновесной растворимости в германии

“…Низкая температура роста необходима для уменьшения влияния сегрегации на распределение примеси и для получения высокого уровня легирования. Для получения резкого профиля распределения Sb использовалась ранее развитая авторами методика [10].…”

“…Однако формирование слоев Ge с такими концентрациями электрически активных доноров сталкивается с рядом трудностей, вызванных низкой (на уровне ∼ 10 19 см −3 [6]) равновесной растворимостью наиболее широко используемых донорных примесей, сильно выраженным эффектом сегрегации доноров при эпитаксиальном росте [7][8][9][10], а также заметной объемной диффузией доноров в Ge [6]. Все эти факторы, в той или иной степени, вынуждают использовать на определенных этапах формирова-ния легированных слоев Ge пониженные температуры и(или) неравновесные методики роста для достижения сверхвысоких концентраций электрически активной примеси [10][11][12][13][14]. В результате могут быть получены метастабильные слои n-Ge/Si с концентрациями электрически активных доноров, на порядок превышающими их равновесную растворимость в Ge [12][13][14][15].…”

Локально деформированные структуры Ge/SOI с улучшенным теплоотводом как активная среда для кремниевой оптоэлектроники

“…За счет оптимизации параметров роста и отжига в полученных Ge буферах была достигнута плотность прорастающих дислокаций на уровне (2−5) · 10 7 см −2 при толщине буфера ∼ 500 нм [19]. На данных буферах выращивались слои Ge толщиной 350−400 нм, легированные Sb на уровне (1−3) · 10 19 см −3 с использованием ранее развитого авторами метода легирования Ge сегрегирующими примесями [20]. Применение легирования Ge сурьмой обусловлено результатами многочисленных исследований, проведенных в том числе и авторами настоящей работы, которые показали, что легирование Ge донорами способствует увеличению эффективности излучательной рекомбинации носителей заряда в нем [21][22][23][24][25][26].…”

Влияние условий роста и уровня легирования на кинетику люминесценции слоев Ge : Sb, выращенных на кремнии

“…Необходимо отметить, что в силу сложностей получения сильно легированных слоев n-Ge, связанных в основном с сегрегацией доноров (см. работу [14] и ccылки в ней) и их невысокой равновесной растворимостью [15], в вышеупомянутых работах по изучению влияния сильного легирования донорами на время жизни носителей в Ge использовались различные способы получения сильно легированных донорами слоев Ge. При этом влияние условий формирования слоев n-Ge/Si в этих работах анализируется не всегда, что может приводить к неоднозначным трактовкам полученных результатов.…”