Mg在GaP材料中掺杂行为的SIMS分析 - 质谱学报.PDF

第21 卷 质 谱 学 报 Vol. 21 第3,4 期 JOURNAL OF CHINESE MASS SPECTROMETRY SOCIETY No.3,4 Mg在GaP材料中掺杂行为的SIMS分析 曹永明 纪刚 李越生 方培源 宗祥福 复旦大学材料科学系 上海 200433 1 引言 超高高度可见光发光二极管 LED 已广泛应用于户外显示系统 信息显示系统 和光通讯等领域 常用的超高亮度发光材料是生长在GaAs 衬底上的四元化合物半导体 [1] InGaAlP 为了使LED 的电极具有较好的欧姆接触性能 提高电流扩展及出光率 一 般采用掺有高浓度 P 型杂质的GaP 为窗口层材料 选择 Mg 作为掺杂元素 本文应用 二次离子质谱技术 SIMS 研究了衬底温度和掺杂气体流量对 Mg 的掺杂浓度的影 响 2 实验过程 2.1样品 采用LP-MOCVD 技术在长有AlInP 过度层的 GaAs 初底上外延生长掺高浓 度 Mg 的GaP 层 外延生长过程中 Ca P 和Mg 分别来源于 TMGa 三甲基镓 PH 磷烷 和Cp Mg 外延过程在垂直生长腔系统中进行 为了获得5.1cm 衬底上优 3 2 于 1% 的外延层组分均匀性和优于 1% 的厚度均匀性 采用了 Turbo-Disc 技术 TMGa PH 的输运载体和Cp Mg 的稀释气体都为高纯氢气 外延生长的反应腔内压强 3 2 约为 15Torr 衬底温度变化范围 600 -700 先固定衬底温度 790 改变掺杂 源的氢气流量 495ml, 325ml, 235ml, 125ml 然后固定氢气流量 325ml 依次降 低衬底温度 770 750 730 710 690 在不同条件下外延生长 GaP 层 2.2实验仪器和条件 利用法国 CAMECA 公司的IMS-6F 型 SIMS 剖析 Mg 在 GaP 中的深度分布 能量为 15keV 的一次离子束 O2+ 束流 100nA 在样品表面 250 m + + + + 250 m 范围内扫描轰击 二次离子取24Mg 31P 115In 和75As 分别表示掺杂元 素Mg 外延层 GaP 过度层 AlInP 和衬底 GaAs 二次离子萃取电压 4.5KV 能量狭 峰全开 分析区域 60 m 3 实验结果与讨论 Cp Mg 流量和衬底温度的变化对Mg 的掺杂行为有明显的影响 2 随着流量的增加 Mg 的浓度呈增加趋势 见图 1 进一步的实验指出 当 Cp Mg 流量足够高时 外延层内的载流子浓度并没有随流量改变而发生变化 这是因 2 [2] 为在闪锌矿结构的GaP 中 Mg 属于置换填隙机制 只有占据晶格位置的Mg 决定了 载流子的浓度 在本实验条件下 当 Cp Mg 流量足够高时 外延层内的空穴浓度趋向 2 18 3 饱和(约 3 10 cm ) 这时占据晶格位置的杂质 Mg