Формирование фотоприемных структур ИК-диапазона путем пересыщения кремния теллуром

Слои кремния, легированные теллуром до концентраций (3–5)1020 см–3, получены ионной имплантацией с последующим импульсным лазерным отжигом. Показано, что 70–90 % внедренной примеси находится в позиции замещения в решетке кремния. Слои, гиперпересыщенные теллуром, проявляют существенное поглощение (35–66 %) в области длин волн 1100–2500 нм, причем коэффициент поглощения увеличивается с ростом длины волны. Проведено сравнение спектров поглощения имплантированных слоев после лазерного отжига, а также после равновесного и быстрого термического отжигов. Показано, что равновесный отжиг после имплантации ионов теллура увеличивает поглощение фотонов в области длин волн 1100–2500 нм на 4 % по сравнению с неимплантированным кремнием. После быстрого термического отжига поглощение в ИК-области возрастает лишь на 2 %.

1. Visible and near-infrared responsivity of femtosecond-laser microstructured silicon photodiodes / J. E. Carey [et al.] // Opt. Lett. – 2005. – Vol. 30, N 14. – P. 1773–1775. https://doi.org/10.1364/ol.30.001773

2. Fabrication and subband gap optical properties of silicon supersaturated with chalcogens by ion implantation and pulsed laser melting / B. Bob [et al.] // J. Appl. Phys. – 2010. – Vol. 107 – Art. 123506. https://doi.org/10.1063/1.3415544

3. Schibli, E. Deep impurities in silicon / E. Schibli, A. G. Milnes // Materials Science and Engineering. – 1967. – Vol. 2, N 4. – P. 173–180. https://doi.org/10.1016/0025-5416(67)90056-0

4. Room-temperature short-wavelength infrared Si photodetector / Y. Berencén [et al.] // Sci. Rep. – 2017. – Vol. 7, N 1. – Art. 43688. https://doi.org/10.1038/srep43688

5. Shockley, W. Detailed balance limit of efciency of p–n junction solar cells / W. Shockley, H. J. Queisser // J. Appl. Phys. – 1961. – Vol. 32, N 3. – P. 510–519. https://doi.org/10.1063/1.1736034

6. Luque, A. Increasing the efciency of ideal solar cells by photon induced transitions at intermediate levels / A. Luque, A. Martí // Phys. Rev. Lett. – 1997. – Vol. 78, N 26. – P. 5014–5017. https://doi.org/10.1103/physrevlett.78.5014

7. Gossmann, H. J. Junctions for deep sub-100 nm MOS: How far will ion implantation take us? / H. J. Gossmann, C. S. Rafferty, P. Keys // MRS Proceedings. – 2000. – Vol. 610. – P. B1.2.1–B1.2.10. https://doi.org/10.1557/proc-610-b1.2

8. Gossmann, H. J. Doping of Si thin flms by low temperature molecular beam epitaxy / H. J. Gossmann, F. C. Unterwald, H. S. Luftman // J. Appl. Phys. – 1993. – Vol. 73, N 12. – P. 8237−8241. https://doi.org/10.1063/1.353441

9. Insulator-to-Metal Transition in Selenium-Hyperdoped Silicon: Observation and Origin / E. Ertekin [et al.] // Phys. Rev. Lett. – 2012. – Vol. 108, N 2. – Art. 026401. https://doi.org/10.1103/physrevlett.108.026401

10. Hyperdoping silicon with selenium: solid vs. liquid phase epitaxy / S. Zhou [et al.] // Sci. Rep. – 2015. – Vol. 5, N 1. – Art. 8329. https://doi.org/10.1038/srep08329

11. Thermal stability of Te-hyperdoped Si: Atomic-scale correlation of the structural, electrical and optical properties / M. Wang [et al.] // Phys. Rev. Materials. – 2019. – Vol. 3, N 4. – Art. 044606. https://doi.org/10.1103/physrevmaterials.3.044606

12. Mayer, M. SIMNRA User’s Guide / M. Mayer. – Garching, 1997. – 62 p.

13. Simulation of the process of high dose ion implantation in solid targets / A. F. Komarov [et al.] // Nukleonika. – 1999. – Vol. 44, N 2. – P. 363–368.

14. Feldman, L. C. Materials analysis by ion channeling: Submicron crystallography / L. C. Feldman, J. W. Mayer, S. T. Picraux. – New York, 1982. – 300 p.