Crecimiento de capas dopadas tipo p de SiGe sobre Si mediante epitaxia en fase sólida para su aplicación en la fabricación de detectores de infrarrojo lejano

• Autores: Andrés Rodríguez Domínguez
• Directores de la Tesis: Tomas Rodríguez Rodriguez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 1997
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: José María Ruiz Pérez (presid.), Carmen Inés Ballesteros Pérez (secret.), José Carvalho Soares (voc.), Betty Mireya León Fong (voc.), Ramon Morante Juan (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de la instrumentación
      • Aparatos científicos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen

  • Esta Tesis trata sobre el crecimiento epitaxial de capas de Si1-xGex sobre Si con las características necesarias para su aplicación en la fabricación de detectores de infrarrojo lejano (alta calidad cristalográfica, fracción de Ge en el intervalo 0.2 <= x <= 0.4, espesor de capa del orden de 20 nm y concentración de huecos p > 5 x 1E20 cm-3) mediante la técnica de epitaxia en fase sólida. El material amorfo situado en contacto con sustratos monocristalinos de Si utilizado como material de partida para el crecimiento fue obtenido amorfizando por implantación iónica heteroestructuras epitaxiales SiGe-Si no dopadas. Las muestras amorfizadas fueron dopadas tipo p mediante implantación iónica de B. El crecimiento epitaxial en fase sólida de capas dopadas y no dopadas se realizó a varias temperaturas en el intervalo entre 550 y 800 ºC. La caracterización de las capas crecidas se realizó desde el punto de vista estructural y eléctrico utilizando diversas técnicas. Mediante microscopía electrónica de transmisión se caracterizaron los defectos presentes en las capas y su distribución en profundidad. La difractometría de rayos X permitió determinar el desacoplo de red entre las capas y los sustratos y su grado medio de deformación elástica, evaluar su calidad cristalográfica general y obtener la densidad de B incorporado sustitucionalmente. La caracterización mediante espectrometría de iones retrodispersados en la modalidad de haz incidente alineado con los ejes del cristal se utilizó para determinar el grado de deformación de las capas en función de la profundidad. Las medidas basadas en el efecto Hall permitieron obtener la concentración de portadores. La estructura general de las capas crecidas consiste en una capa sin defectos situada junto a la intercara entre la capa y el sustrato y una región superior en la que existen defectos identificados como fallos de apilamiento, responsables de la relajación de las capas. El espesor de las capas sin defectos aumenta al disminuir el contenido en Ge de las capas y es mayor en las capas dopadas que en las no dopadas de la misma fracción de Ge. Las capas sin defectos no son, en general, coherentes con el sustrato. El grado de deformación de dichas capas aumenta al disminuir el contenido en Ge y es mayor en las capas dopadas que en las no dopadas de la misma fracción de Ge. El B se incorpora a las capas de forma sustitucional con concentraciones constantes en todo el espesor dopado del orden de 2-3 x 1E20 cm-3, muy superiores a la solubilidad límite en equilibrio de B en Si, durante el crecimiento por epitaxia en fase sólida. Estas concentraciones se obtienen en las capas de todas las fracciones de Ge consideradas y a todas las temperaturas de crecimiento y coinciden con las concentraciones de portadores de carga obtenidas a partir de la caracterización eléctrica. La incorporación de B en posiciones sustitucionales produce una reducción del desacoplo de red entre la capa de SiGe y el sustrato, que se manifiesta en mayores espesores de las capas sin defectos, mayor grado de deformación de las mismas y menor densidad de defectos en la parte superior de las capas. Debido al efecto de la reducción del desacoplo de red por dopado con B ha sido posible crecer capas de SiGe de x = 0.21 dopadas con B y de unos 27 nm de espesor coherentes con el sustrato y totalmente libres de defectos. Estas capas cumplen los requisitos mínimos necesarios para la fabricación de detectores de infrarrojo lejano.