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    188宝金博页面版: 4H-SiC 中基面位错发光特性研究

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    内容提示： 物 理 学 报Acta Phys. Sin.Vol. 60， No. 3 （ 2011）0378082011 中国物理学会 Chinese Physical Societyhttp： //wulixb. iphy. ac. cn037808-14H-SiC 中基面位错发光特性研究*苗瑞霞张玉明汤晓燕张义门（ 西安电子科技大学微电子学院， 宽禁带半导体材料与器件重点实验室， 西安710071 ）（ 2010 年 5 月 27 日 收到；2010 年 6 月 18 日 收到修改稿）本文利用 阴极荧光（ CL） 和选择性刻蚀的方法对 4H-SiC 同质外延材料中基面位错的发光特性进行了 研究. 结果表明螺型基面位错（ BTSD） 和混合型基面位错（ BMD） 分别具有绿光和蓝绿光特性， 其发光峰分别在 530 nm 附近和480 nm...

    文档格式：PDF | 页数：4 | 浏览次数：8 | 上传日期：2014-12-31 21:57:57 | 文档星级：
    物 理 学 报Acta Phys. Sin.Vol. 60， No. 3 （ 2011）0378082011 中国物理学会 Chinese Physical Societyhttp： //wulixb. iphy. ac. cn037808-14H-SiC 中基面位错发光特性研究*苗瑞霞张玉明汤晓燕张义门（ 西安电子科技大学微电子学院， 宽禁带半导体材料与器件重点实验室， 西安710071 ）（ 2010 年 5 月 27 日 收到；2010 年 6 月 18 日 收到修改稿）本文利用 阴极荧光（ CL） 和选择性刻蚀的方法对 4H-SiC 同质外延材料中基面位错的发光特性进行了 研究. 结果表明螺型基面位错（ BTSD） 和混合型基面位错（ BMD） 分别具有绿光和蓝绿光特性， 其发光峰分别在 530 nm 附近和480 nm 附近. 从测试结果中还发现 BMD的发光位较 BTSD有所蓝移， 分析认为 BTSD位错芯附近原子沿伯格斯矢量方向只受到拉应力， 致使禁带宽度变窄， 而 BMD同时具有螺型位错的分量和刃 型位错的分量， 正是刃 型位错中部分原子受到压应力的作用 ， 导致禁带宽度增宽， 从而使得 BMD的发光波长比 BTSD短.关键词： 4H-SiC， 基面位错， 发光特性， 禁带宽度PACS： 78. 60. Hk， 61 . 72. Lk， 81 . 10. Gh* 国家自 然科学基金（ 批准号： 60876061 ） ， 陕西 13115 创新工程（ 批准号： 2008ZDKG- 30） ， 中央高校基本科研业务费专项资金（ 批准号：JY10000925009） 和国防基金（ 批准号： 9140A08050508） 资助的课题. E-mail： miao950830@ 163. com1. 引言SiC 具有带隙宽、 热导率高、 电子饱和漂移速率大、化学稳定性好等优点， 因 而被用 于制作高温、 高频、抗辐射、大功率和高密度集成电子器件. 然而由于晶体生长或掺杂工艺， 在衬底和外延层中通常出现大量的缺陷， 这些缺陷 对器件的 光电特性有着严重的影响. 当器件工作于双极导通模式时， 基面位错（ BPD） 为 堆垛层 错 （SF） 的 生长提供了 成 核位，BPD 转变为 SF. 在阻挡层中进一步扩展的 SF 将俘获载流子并显著的增加器件的电阻， 导致器件正向［1 —3］. 为了研究这些缺陷 对材料的光电特电压漂移性的影 响， 研 究 人 员 对这些 缺 陷 的 特 性 展 开 了 研究. Ottaviani 等人利 用 阴 极荧光 （ CL） 和 X 射线形貌术研究发现 BPD 具有绿带发光的特性， 其发光波段 位 于 688 nm 附 近 （ΔE = 1. 8 eV ）［4，5］.然 而Kamata 等人利用光致发光（ PL） 在约 420 nm 附近波段观测到 BPD［6］. 因 此 BPD 究竟有着什么 样的 发光特性成为一个值得研究的问题.CL 是利用入射高能电子束（ 1—20 keV） 的方法对半导体进行 激发、 产 生 电 子 空 穴 对 并 引 起 发 光［7］. 相比 PL 而言， 由于电子的能量大于光子的能的量， 所以利用 CL 技术更有利于研究宽带隙材料. X射线形貌术尽管可以观测位错分布， 然而由 于 X 射线通常使用透射模式， 缺陷 的分布很多是交叠在一起， 对缺陷的分析带来一定困 难. 利 用 选择性刻 蚀可以清晰地揭示位错形貌， 因 此本文利 用 阴 极荧光（ CL） 和选择性刻蚀的方法对商用 的偏 8°4H-SiC 同质外延材料中 BPD 的 发光情况进行了 研究. 研究发现螺型基面位错（ BTSD） 和混合型基面位错（ BMD）分别具有绿光和蓝绿光特性.2. 样品及实验条件本文利 用 的 阴 极荧光分析系 统是由 热场场发射扫描电镜和高性能阴极荧光谱仪组成. 阴极荧光谱仪作为附件安装在扫描电镜上， CL 荧光探头伸入扫描电镜样品室中接受样品产生的荧光信号. 扫描电子显微镜成像选用背散射电子成像（ BES） .本实验选取的 样品 为采用 CVD 法外延生长的n 型 4H-SiC 同质外延片， 其衬底为 Si 面沿［112－0］方向偏离（ 0001 ） 面 8° 的 2 英寸 n 型 4H-SiC 单晶，18cm掺杂浓度为 5 × 10－ 3； 外延生长温度为1550 ℃ ，压 力 9. 6 × 103Pa，SiH4： 20ml/min， C3H8：10 ml/min， H2：90 l/min. 选择性刻 蚀选用 KOH 在470 ℃ 刻蚀 30 min.

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