Оптические свойства слоев кремния, гипердопированных селеном: эффекты лазерной и термической обработки

Слои кремния с концентрацией примеси селена до 10²¹ см^–3 (превышает предел равновесной растворимости данной примеси в кремнии на четыре порядка величины) получены методом высокодозной ионной имплантации с последующим импульсным лазерным отжигом при плотностях энергии в импульсе от 0.5 до 2.5 Дж/см². Резерфордовское обратное рассеяние ионов He⁺ показало, что после лазерного отжига до 70 % атомов внедренной примеси локализованы в узлах кристаллической решетки кремния. Гипердопированные селеном  слои  кремния  характеризуются  повышенным (до 45—55 %) поглощением в спектральном диапазоне 1100—2400 нм. После термообработки (550 °C, 30 мин+850 °C, 5 мин) возрастания ИК-поглощения в сравнении с исходным кремнием не обнаружено, что связывается с потерями селена в результате диффузионного перераспределения. Проведена теоретическая оценка процессов рекристаллизации слоев кремния, аморфизованных ионами селена, и диффузионного перераспределения примеси в условиях равновесных термообработок.

1. Zh. Tong, M. Bu, Y. Zhang, D. Yang, X. Pi. J. Semiconductors, 43 (2022) 093101(1—15)

2. P. Dai, Y. Zhang, M. P. Sarachik. Phys. Rev. Lett., 66 (1991) 1914—1917

3. S. Zhou, X. Pi, Z. Ni, Q. Luan, Y. Jiang, Ch. Jin, T. Nozaki, D. Yang. Particle and Particle Systems Characterization, 32 (2015) 213—221

4. D. J. Rowe, J. S. Jeong, K.A. Mkhoyan, U. R. Kortshagen. Nano Lett., 13 (2013) 1317—1322

5. M. Wang, Y. Yu, S. Prucnal, Y. Berencén, M. S. Shaikh, L. Rebohle, M. B. Khan, V. Zviagin, R. Hübner, A. Pashkin. Nanoscale, 14 (2022) 2826—2836

6. J. E. Carey, C. H. Crouch, M. Shen, E. Mazur. Opt. Lett., 30 (2005) 1773—1775

7. A. Luque, A. Marti, C. Stanley. Nature Photon., 6 (2012) 146—152

8. I. Umezu, J. M. Warrender, S. Charnvanichborikarm. J. Appl. Phys., 113 (2013) 213501(1—5)

9. F. F. Komarov, N. S. Nechaev, G. D. Ivlev L. A. Vlasukova, I. N. Parkhomenko, E. Wendler, I. A. Romanov, Y. Berencen, V. V. Pilko, D. V. Zhigulin, A. F. Komarov. Vacuum, 178 (2020) 109434(1—6)

10. Ф. Ф. Комаров, И. Н. Пархоменко, О. В. Мильчанин, Г. Д. Ивлев, Л. А. Власукова, Ю. Жук, А. А. Цивако, Н. С. Ковальчук. Опт. и спектр., 129 (2021) 1037—1047 [F. F. Komarov, I. N. Parkhomenko, O. V. Mil’chanin, G. D. Ivlev, L. A. Vlasukova, Yu. Żuk, A. A. Tsivako, N. S. Koval’chuk. Opt. and Spectr., 129 (2021) 1149—1159]

11. H. R. Vydyanath, J. S. Lorenzo, F. A. Kröger. J. Appl. Phys., 49 (1978) 5928—5937

12. M. Mayer. SIMNRA User's Guide. Max-Planck-Institute fur Plasmaphysik, Garching (1997)

13. Б. И. Степанов, Г. П. Грибковский. Введение в теорию люминесценции, Минск, Академия наук БССР (1963)

14. Ф. Ф. Комаров, А. П. Новиков, А. Ф. Буренков. Ионная имплантация, Минск, Университетское (1994)

15. Ф. Ф. Комаров, А. П. Новиков, В. С. Соловьев, С. Ю. Ширяев. Дефекты структуры в ионноимплантированном кремнии, Минск, Университетское (1990)

16. В. Е. Борисенко. Твердофазные процессы в полупроводниках при импульсном нагреве, Минск, Навука i тэхнiка (1992)

17. А. В. Двуреченский, Г. А. Качурин, Е. В. Нидаев, Л. А. Смирнов. Импульсный отжиг полупроводниковых материалов, Москва, Наука (1982)

18. L. Csepregi, J. W. Mayer, T. W. Sigmon. Appl. Phys. Lett., 19 (1976) 92—93

19. P. A. Temple, C. E. Hathaway. Phys. Rev. B., 7 (1973) 3685—3697

20. Н. А. Дроздов, А. А. Патрин, В. Д. Ткачев. Письма в ЖЭТФ, 23 (1976) 651—653

21. V. D. Tkachev, C. Schrödel, A. V. Mudryi. Radiat. Effects, 49 (1980) 133—136