Photoluminescence associated with {113} defects in oxygen‐implanted silicon

Abstract

Phone: þ7 812 297 3885, Fax: þ7 812 297 1017The dependences of photoluminescence (PL) and the structure of {113} defects induced in n-Cz-Si (100) wafers by implantation of 350 keV O þ ions at a dose of 3.7 Â 10 14 cm À2 on the annealing time at 700 8C for 0.5-2.0 h in a chlorinecontaining atmosphere have been studied in detail. Extended defects were examined by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) on cross-sectional samples. HRTEM evidences that {113} defects dominate in all the samples under study. A shift of the PL band from 920 to 903 meV ("903" line, R-line, or 1370 nm line) was observed with increasing annealing time, which suggests a strong change of the {113} defect structure. According to the Geometrical Phase Method used for the measurements of lattice deformations around the {113} defects observed by HRTEM, this change is related to a transformation of a vacancy-type {113} defect to an interstitial one. The effect of the measurement temperature on the main parameters of R-line has been studied, too. A sample annealed for 1 h has some characteristic features of the temperature dependence of the PL intensity: it increases with activation energy of 19.1 meV at low temperatures and decreases with deactivation energies of 32.2 and 175.5 meV at higher temperatures. With the increasing temperature, the luminescence peak shifts by the same energy as the forbidden gap width, while the FWHM of the line grows linearly.

Кремниевые Светодиоды С Люминесценцией (113) Дефектов

“…Последующий отжиг, в ходе кото-рого отжигались введенные при имплантации дефекты и формировались люминесцентные центры, проводился при температуре 700 • С в течение 1 ч в хлорсодержащей атмосфере, представляющей собой поток кислорода, насыщенный парами четыреххлористого углерода с молярной концентрацией 1%. Как показали исследования с помощью просвечивающей электронной микроскопии и фотолюминесценции, в таких светоизлучающих структурах доминировали структурные (113) дефекты и принадлежащие им люминесцентные центры с длиной волны 1.37 мкм [13]. Омические контакты формировались напылением алюминия и его вжиганием при 420 • С. Травлением боковой поверхности образцов в смеси плавиковой и азотной кислот заканчивалось изготовление диодных p + −n-мезаструктур.…”

“…Формула (2) показывает, что с ростом температуры энергетическое положение (113) дефектов смещается параллельно уменьшению ширины запрещенной зоны кремния. Измеренная температурная зависимость положения максимумов линии электролюминесценции (113) дефектов совпадает с аналогичной зависимостью линии фотолюминесценции этих дефектов [13]. Отметим, что ранее для линий дислокационной люминесценции D1 и D2 (принадлежащих другим протяженным структурным дефектам) также наблюдалось уменьшение значений их энергетических положений синхронно с шириной запрещенной зоны кремния при увеличении температуры [3,[16][17][18].…”

“…Предположение о взаимосвязи (113) дефектов, сформированных в процессе двухступенчатого длительного отжига кремния, выращенного методом Чохральского, и линии излучения на длине волны 1.37 мкм было высказано в работе [7]. Исследования образцов, имплантированных ионами Si + с последующим отжигом в инертной атмосфере [8][9][10], или имплантированных ионами О + с последующим отжигом в хлорсодержащей атмосфере [11][12][13], методами высокоразрешающей электронной микроскопии и фотолюминесценции подтвердили, что линия 1.37 мкм принадлежит (113) дефекту. Также было показано, что фотолюминесценция наблюдается и при температурах выше азотной (> 77 K) [7,9,13].…”

“…Исследования образцов, имплантированных ионами Si + с последующим отжигом в инертной атмосфере [8][9][10], или имплантированных ионами О + с последующим отжигом в хлорсодержащей атмосфере [11][12][13], методами высокоразрешающей электронной микроскопии и фотолюминесценции подтвердили, что линия 1.37 мкм принадлежит (113) дефекту. Также было показано, что фотолюминесценция наблюдается и при температурах выше азотной (> 77 K) [7,9,13]. Это предполагало проведение исследований по созданию светодиодов с люминесценцией (113) дефектов.…”

Влияние Температуры Отжига На Электрически Активные Центры В Кремнии, Имплантированном Ионами Германия

“…Наиболее перспективными для практического применения в кремниевой оптоэлектронике являются СИС с люминесценцией редкоземельных (РЗ) ионов (например, эрбия Er 3+ ) и так называемой дислокационной люминесценцией [2]. Также предпринимаются попытки использовать люминесценцию {113} дефектов [3]. Ионная имплантация позволяет создавать СИС с указанными видами люминесценции и в то же время она относительно легко может быть встроена в микро-и нанотехнологию создания интегральных схем на основе кремния.…”