Mirosław KULIK 1 , Witold RZODKIEWICZ 2 , Jerzy ŻUK 1 , Fadei.F. KOMAROV 3 Instytut Fizyki, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej, Lublin, Polska (1), Instytut Technologii Elektronowej, Warszawa Polska (2) Instytut Fizyki Stosowanej, Minsk, Białoruś (3) Badanie wpływu dawki implantowanego indu na funkcję dielektryczną w implantowanych warstwach GaAs metodą elipsometrii spektralnej Abstract. In this paper we present the results of spectroscopic ellipsometry study of changes in optical constants (refraction and extinction indices) of near-surface layers of GaAs caused by ion implantation. Parameters of models describing the samples have been compared with the results obtained for these materials by using the study with RBS-Channeling methods (Spectroscopic ellipsometry study of the influence of indium ion implantation on dielectric function of GaAs). Streszczenie. Zaprezentowano rezultaty badania wpływu dawki implantowanego indu na funkcję dielektryczną w implantowanych warstwach GaAs. Badania przeprowadzono metodą elipsometrii spektralnej. Słowa kluczowe: implantacja jonowa,elipsometria spektralna, współczynniki załamania i ekstynkcji, GaAs Keywords: ion implantation, spectroscopic elipsometry, refraction and extinction indices, GaAs Wstęp Implantacja jonowa jest najczęściej stosowaną techniką domieszkowania półprzewodników w celu utworzenia warstw o różnym typie przewodnictwa elektrycznego. Wiadomo, że proces implantacji jonowej powoduje defektowanie warstwy naświetlanej. W ostatnich latach do badania tak domieszkowanych materiałów półprzewodnikowych stosuje się bardzo czułą i nieniszcząca metodę pomiarową - elipsometrię spektroskopową (SE) [1]. Pod koniec lat dziewięćdziesiątych minionego wieku aż do chwili obecnej obserwuje się wzrost wykorzystania techniki pomiarowej SE w badaniach własności optycznych implantowanych półprzewodników. Między innymi w pracach [2, 3, 4, 5] zaprezentowano wyniki badań wpływu różnych parametrów charakteryzujących proces implantacji jonowej na własności optyczne zaimplantowanego materiału. Autorzy wymienionych prac zajmowali się głównie próbkami krystalicznego krzemu domieszkowanego jonami gazów szlachetnych o różnych energiach. W cytowanych pracach do opisu tworzenia się przypowierzchniowej warstwy, w której wzrastała koncentracja defektów radiacyjnych i następowały zmiany własności optycznych stosowano techniki pomiarowe: elispometrię spektroskopową i metodę Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS). W kolejnej pracy zaprezentowano wyniki badań wpływu implantacji jonami fosforu o różnych dawkach na własności optyczne Si(100) [6]. Do interpretacji wyników pomiarowych metodą SE zastosowano analizę effective - medium approximation EMA [1]. Stosując tę metodę wyjaśniono tworzenie się warstwy zaimplantowanej jako mieszaniny mikrokryształów i amorficznego krzemu. Podobnie w pracy [7] przedstawiono rezultaty badań wpływu wielkości dawki jonów argonu implantowanych do Si na zmianę fazy warstwy implantowanej z materiału krystalicznego na amorficzny zdefektowany jonowo krzem. Autorzy wymienionej pracy wyznaczali przebiegi funkcji pseudodielektrycznej w przypowierzchniowych warstwach i określili ich grubości. Podobnie autorzy niniejszej pracy prowadzili wcześniej badania wpływu implantacji jonowej i wygrzewania termicznego na własności optyczne GaAs implantowanego jonami indu [8,9]. W tych badaniach wykorzystywano technikę RBS- kanałowania i pomiary z wykorzystaniem elipsometrii o jednej długości fali świetlnej. Rezultatem tych badań było stwierdzenie, że w wyniku implantacji i wygrzewania termicznego powstaje warstwa wzbogacona w ind przy powierzchni próbki. Wyznaczono współczynniki dyfuzji indu w temperaturach 600°C i 800°C i grubość warstwy [10]. Stwierdzono ponadto, że w zaimplantowanych próbkach GaAs i wygrzewanych izotermicznie powstaje trójskładnikowy stop In x Ga (1-x) As. W prezentowanej pracy opisano wyniki badań wpływu dawki indu implantowanego do GaAs na zmiany stałej dielektrycznej warstwy przypowierzchniowej. Opisano wpływ stopnia zdefektowania warstwy zaimplantowanej na zmiany funkcji dielektrycznej. Oszacowano na podstawie pomiarów elipsometrycznych SE zmiany jej grubości w zależności od dawki jonów jaką została naświetlona powierzchnia GaAs. Wyznaczony stopień uszkodzeń radiacyjnych porównano z wynikami badań metodą RBS z kanałowaniem. Opis eksperymentu W badaniach używano GaAs wysokooporowego o płaszczyźnie krystalograficznej (100). W celu usunięcia zaadsorbowanych nieczystości powierzchnie przed implantacją zostały strawione w roztworze bromonetanolu zaproponowanym w [11]. Tak przygotowane monokryształy GaAs zostały zaimplantowane jonami indu o energii 150 keV. Dawka wprowadzonych atomów była w przedziale od 10 13 cm -2 do 3x10 15 cm -2 . W celu uniknięcia efektów kanałowania w czasie implantacji powierzchnie próbek były tak zorientowane, że normalna do powierzchni próbki i kierunek wiązki jonów tworzyły kąt 8 stopni. Proces implantacji odbywał się w temperaturze pokojowej, zaś gęstość prądu jonowego była nie większa niż 1.44 μA/cm 2 . Wyżej wymienione warunki zapewniały, że w czasie implantacji jonowej efekty wygrzewania były niezauważalne. Tak przygotowane próbki były badane metodą elipsometryczną SE z wykorzystaniem elipsometru spektralnego o zmiennym kącie padania (VASE) z obracającym się analizatorem (RAE). Pomiary były prowadzone dla próbek nieimplantowanej i implantowanych przy trzech kątach padania wiązki światła na powierzchnie 65, 70 i 75 stopni. Długość fali świetlnej dla których prowadzono badania zmieniała się w przedziale od 250 nm do 900 nm z krokiem 10 nm. Proces tworzenia się warstwy zdefektowanej w wyniku implantacji jonowej był badany również metodą RBS- kanałowania. Wykorzystano w tym celu akcelerator Van der Graffa AN-2500 (High Voltage Engineering Company) ze PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 84 NR 3/2008 198