Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAsÑ ÷ Si 3 N 4 /Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAs T Ò Þ± n É¶ ¥ º8 ý Photoreflectance ¤V R Ë ì Å

(1)

Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAsÑ ÷ Si ₃ N 4 /Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAs T Ò Þ± n É¶ ¥ º8 ý Photoreflectance ¤V R Ë ì Å

¤< - > · 9 - > Ú ^∗

% ò

z @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , â · ¡ ¤ â í ß 712-749 (2004¸ 3 Z 4 29{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

Si

3

N

4

/Al

0.21

Ga

0.79

As/GaAs ü < Al

0.21

Ga

0.79

As/GaAs s 7 á x] X ½ + Ë½ ¨ ¸ : £ ¤$ í ` ¦ ¸ l 0 A # Pho- toreflectance(PR) ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð 8 £ ¤& ñ % i . Si

3

N

4

cap 8 £ x s 170 nm PR Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f, C x ß ¼ ñ H r

« Ñ $ í © r > r F H Ô ¦í HÓ ü t carbon \ _ ô Ç כ s . Õ ªo ¦ r « Ñ\ ¦ \ P % o \ ¦ Ù þ ¡` ¦ â Ä º, Si

3

N

4

cap 8

£

x s > r F ½ + É M : H ½ × ¼Ì s \ -t _ s 1 l x s & h % 3 . s Qô Ç õ H Si

3

N

4

cap 8 £ x s As_ evaporation\ ¦

%

3 ] j H % i ½ + É` ¦ ô Ç ¦ ½ + É Ã º e .

PACS numbers: 68

Keywords: F g ¸ì rF gZ O , 3-57 á ¤ o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^

I. " e Â ] Ø

| 9

o½ © è(Si 3 N 4 ; z ´o B H s à Ô s × ¼) 8 £ x É r Ð: x

> s à Ô(damascene gate) / B N& ñ \ ´ ú §s 6 x ) a .

> s à Ô / B N& ñ É r J ?s ( 0 A\ | 9 o½ © è 8 £ x` ¦ 7 £ x Ã Ì ô

Ç + ' x 9 d y / B N& ñ ` ¦ : x K > s à Ô % ò % i ` ¦ 6 £ §y 1

p

w + þ A$ í r v ¦ # l \ > s à Ô6 x e ¦ o z ´o B H` ¦ B j0 >

x 9 d y / B N& ñ ` ¦ : x K Qt Â Òì r[ þ t` ¦ \ O Ó rÜ ¼ Ð+ > s

à Ô\ ¦ ½ ¨$ í H ~ ½ Ód s . l > r \ H J ?s ( 0 A\ > s à

Ô6 x e ¦ o z ´o B H` ¦ 7 £ x Ã Ì ¦ Õ ª 0 A\ ì ø Í ¸^ r Ð\ ¦ \ O

#

Q ¸ F g x 9 d y õ & ñ ` ¦ : x K É r Â Òì r[ þ t` ¦ ] j K > s à

Ô\ ¦ ½ ¨$ í H ~ ½ Ód ` ¦ 6 x K M ® o H X <, s ~ ½ Ód É r l Õ ü t& h ô

Ç> Ð 80 ¸ s _ ì ø Í ¸^ \ ¦ ] j ¸ l j Ë µ[ þ t% 3 . ì ø Í

\ > s à Ô / B N& ñ É r 50 ¸/ å L s t ¸ ì ø Í ¸

^

\ ¦ ] j ½ + É Ã º e H e ± & h s e . Si ³ N 4 8 £ x É r plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD) ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð

$ í

© H X <, z ´o B H s 6 ¤ s × ¼1 p x ¸ s ~ ½ ÓZ O s & h 6 x

)

a . Si 3 N ₄ 8 £ x É r ¢ ¸ô Ç monolithic microwave integrated circuit(MMIC)_ Ä » ^ F « Ñ x 9 ì ø Í ¸^ ³ ð _ Ð ñ} Ü

¼ Ð 6 x ) a . s Qô Ç æ ¼e D h_ Å Ò ) a s Ä » Si ³ N 4 8 £ x É r

© : r õ ¦ : r \ " f y © ¸, õ $ í , \ P Ø æ x 9 ? /í ß o$ í s Ä

ºÃ º l M :ë H s 9 s Qô Ç e ± & h Ü ¼ Ð K [ j b Û ¼ ì r

\

¸ ´ ú §s æ ¼s H F « Ñ× æ s . s Qô Ç Si ₃ N ₄ 8 £ x s ì

ø Í ¸^ ³ ð x 9 > \ p u H F g : £ ¤$ í ` ¦ · ú Ðl 0 AK photoreflectance(PR) Z O Ü ¼ Ð ¸ % i . PR Z O É r o½ + Ë

∗

E-mail: [email protected]

Ó ü

t ì ø Í ¸^ _ s 7 á x] X ½ + Ë½ ¨ ¸\ " f { ç ß _ s \ -t , ³ ð

x 9 > \ " f l © _ ì r í 1 p x F g < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ ¨ î

H X < ´ ú §s s 6 x ÷ & H ~ ½ ÓZ O s [1–3].

: r ½ ¨\ " f H l ó ø Í0 A\ molecular beam epitaxy(M BE)Z O Ü ¼ Ð Al 0.21 Ga _0.79 As \ x 8 £ x` ¦ $ í © ¦, Õ ª 0 A\ PECVD ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð cap 8 £ x Si ₃ N ₄ 8 £ x ¿ ºa Z > (21 ∼ 170 nm)` ¦ $ í © r Si 3 N 4 /Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAs ½ ¨ ¸s .

s

½ ¨ ¸_ : £ ¤$ í ` ¦ : r ¸\ ¦ 300 ∼ 800 ^◦ C t \ P % o Ê ê PR ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ¸ % i .

II. T Â ] Ø

F

g ¸ \ _ K r « Ñ\ o H l © s ` ¦ M :($

l © ) H PR \ " f ½ © o ) a ì ø Í Ö ¦ R_ o 7 £ ¤ ^∆R _R H

~Ω ≺ ^Γ ₃ { 9 M :, d (1)õ ° ú É r third derivative functional form(TDFF) Ð è ß [5].

∆R

R = Re[ΣCe ^iθ (E − E g + iΓ) ⁻ⁿ ] (1)

#

l " f C H ; ¤, D H 0 A © ` ¦ ? / 9, ¸ ñ_ @ / g A$ í Ü ¼ ÐÂ Ò' ½ ¨½ + É Ã º e Ü ¼ 9, Eü < F H y y r « Ñ_ { ç ß

\ -t x 9 ¨ î ò ø Í s . Õ ªo ¦ N É r critical point type õ ' a > ÷ & 9 Ns 2, 2.5 x 9 3 { 9 M : y y " l or : r, 3

"

é

¶ \ " f_ { ç ß s x 9 2 " é ¶ \ " f_ { ç ß s \ ¦

· p . F g ¸ \ _ K r « Ñ\ o H l © s 9 þ t M :( ¦

l © ) H Q{ 9 M :, e > & h \ -t Ð H % ò % i \ " f Å Ò

-72-

(2)

l

$ í ` ¦ 1 l x ñ 9 s \ ¦ Franze-Keldysh oscillation(FKO) ¦ ô Ç . s ñ H d (2)ü < ° ú s H

& h Ü ¼ Ð l Õ ü t½ + É Ã º e [6].

∆R

R = ∝ cos 4

3 (E − E g )/~Ω

³²

+ π(d − 1)/4

: E E g (2)

#

l " f F H e > & h " é ¶ s 9 f ] X s @ /K " f H 3 s

. S H [ O 1 l x : £ ¤$ í \ -t Ð" f ? /Â Ò l © Gü < d (3)õ

° ú

É r ' a > \ ¦ .

~Ω = e ² E _i ² ~ ² 2µ

¹3

(3)

#

l " f A H _ , B H e ¦| ½ Óß ¼ © Ã ºs ¦, C H ¨ 8 í

ß | 9 | ¾ Ós .

III. ÷ m Ç ] M ö

: r z ´+ « >\ " f H ì ø Í] X $ í GaAs l ó ø Í0 A\ MBEZ O \ _ K

Al ^0.21 Ga 0.79 As \ x 8 £ x` ¦ 5000 ˚ A $ í © r Ê ê, cap 8 £ x

Si ₃ N 4 8 £ x` ¦ PECVD ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ¿ ºa Z > (21 ∼ 170 nm) Ð

$ í

© % i .

Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAs ü < Si ₃ N 4 /Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAs s

7 á x] X ½ + Ë ½ ¨ ¸_ : £ ¤$ í ` ¦ ' a¹ 1 Ï l 0 A # 300 ∼ 800 ^◦ C

t : r ¸Z > \ P % o \ ¦ ô Ç Ê ê PR 8 £ ¤& ñ ` ¦ % i . PR 8 £ ¤& ñ

É

r * 3 á Ô c (pump beam)Ü ¼ Ð He-Ne laser(6328 ˚ A)\ ¦ 6

x % i Ü ¼ 9, laser_ ¸ Å Ò Ã º H 250 Hz Ð ¦& ñ % i

. Õ ªo ¦ probe beamÜ ¼ Ð H 240 W ) í Û ¼J $ -½ + É Ð p F g

"

é

¶` ¦ 6 x % i . y © Z > \ É r é ß Ò oF g` ¦ % 3 l 0 AK

6 xô Ç ì rF g l H í& h o 0.75 m Spex 750 l l \ ¦

6 x % i .

IV. ÷ m Ç] M ö+ s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý

Fig. 1 É r MBE ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð $ í © ô Ç Al _0.21 Ga _0.79 As/GaAs s

7 á x] X ½ + Ë½ ¨ ¸\ PECVD ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð Si ³ N 4 cap 8 £ x ¿ ºa Z >

Ð $ í © r r « Ñ\ ¦ PR ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð 8 £ ¤& ñ ô Ç Û ¼& 7 à Ô! 3 [ þ t` ¦

? /% 3 . Al ^0.21 Ga 0.79 As/GaAs ü < Si 3 N 4 /Al 0.21 Ga 0.79

As/GaAs s 7 á x] X ½ + Ë½ ¨ ¸\ " f 8 £ ¤& ñ ) a PR ñ[ þ t_ + þ AI

H 3 p ì r+ þ A` ¦ { ¦ e Ü ¼ 9, r « Ñ[ þ t_ l ó ø Í GaAsü <

\

x 8 £ x Al _0.21 Ga 0.79 As 8 £ x \ @ /ô Ç PR ñ_ s \

-t H 1.42 ü < 1.72 eV Â Ò H \ " f ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 . s H #

Q 7 Hë H \ " f µ 1 ß 2 ³ ü < ° ú s { ç ß \ -t (E o ) s \

Fig. 1. PR spectra of observed from variations thickness of Si 3 N 4 cap layer.

@

/6 £ x ) a [1–3]. Õ ªo ¦ A _ d (4)` ¦ s 6 x # Al ¸

$ í

q \ ¦ ½ ¨ô Ç õ 21 %% i [7].

E _g = 1.424 + 1.155x + 0.37x ² (4)

Ð: x PR ñ_ [ jl \ % ò ¾ Ó` ¦ Å Òכ ¹ É r ? /Â Ò l © ° ú כ õ

> \ " f_ } 9 l (roughness) Ð ß ¼> ¿ º t Ð Ð

ü

t Ã º e . \ ¦ z ´+ « >& h Ü ¼ Ð 7 £ x" î ½ + É Ã º e H ~ ½ ÓZ O É r

*

3 á Ô c _ [ jl \ É r PR ñ\ ¦ Ð · ú Ã º e ¦, Ê ê

_ â Ä º H > _ } 9 l \ ¦ > h l 0 AK In1 p x Ô ¦í H Ó

ü

t` ¦ Å Ò{ 9 Ù þ ¡` ¦ M : > _ o\ É r PR ñ\ ¦ ^ ¦ Ã º e

.

Fig. 1_ PR Û ¼& 7 à Ô! 3 [ þ t \ " f Ð H ü < ° ú s as-grown

© I ü < Si 3 N 4 cap 8 £ x_ ¿ ºa · û ª` ¦ M : H E g

(Al 0.21 Ga 0.79 As) s © _ \ -t @ /\ " f p f ¨ > ' a8 £ ¤ ÷ &

~

1 l x[ þ t s cap 8 £ x_ ¿ ºa 110 nm{ 9 M : H Ì º§ Â >

'

a8 £ ¤ ÷ &% 3 . s H r « Ñ\ F g` ¦ ¸ r v ? /Â Ò l © s

µ 1 ÏÒ q t ) a . s M : É r r « Ñ[ þ t Ð cap 8 £ x_ ¿ ºa 110 nm{ 9 M : 8 ´ ú § É r Ä »l ÷ &# Qt H Ð « Ñ ) a .

Õ

ª õ Al 0.21 Ga 0.79 As ü < Si 3 N 4 > s \ H É r r « Ñ [

þ

t_ > Ð y © ô Ç l © s µ 1 ÏÒ q tô Ç . s X O > | ¨ c Ã º e

H כ ¹| É r Si 3 N 4 8 £ x s l © s µ 1 ÏÒ q tÙ þ ¡` ¦ M : H ³ ð A á ¤ Ü

¼ Ð Ä »l ÷ &# Qt H Ä » ^ _ : £ ¤$ í ` ¦ ° ú l M :ë H s

. Õ ª QÙ ¼ Ð E ^g (Al 0.21 Ga 0.79 As) s © _ \ -t @ /\

"

f ' a8 £ ¤ ) a ñ H Franz-Keldysh oscillation(FKO) ½ + É Ã

º e Ü ¼ 9 ? /Â Ò l © ° ú כ` ¦ ½ ¨ô Ç õ \ ¦ Table 1 \

? /% 3 .

(3)

Table 1. The parameters obtained by PR analysis.

The interface electric filed Si

3

N

4

thickness (nm)

(10

⁵

V/cm)

as-grown 1.09

20 1.13

40 1.20

60 1.35

110 2.09

170 2.15

Table 1 \ " f cap 8 £ x s 170 nm{ 9 M : GaAsü <

Al _0.21 Ga _0.79 As > s \ H 8 ´ ú § t Ù ¼ Ð y © ô

Ç ? /Â Ò l © s µ 1 ÏÒ q t÷ & ¦ s Ð K Ï ã J/ B G s e H ? /Â Ò A, B 1 l x s ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 . s H GaAs ü < Al _0.21 Ga _0.79 As

ñ_ q Ö ¦` ¦ ú < ¸ · ú Ã º e . as-grown { 9 M : H GaAs

ñ Al 0.21 Ga _0.79 As ñ Ð Ä º[ jÙ þ ¡t ë ß cap 8 £ x ¿ º a

170 nm{ 9 M : H _ 1 : 1 Ã ºï r Ü ¼ Ð ñ ° ú &

. Õ ªo ¦ as-grown r « Ñ\ " f H ' a8 £ ¤ ÷ &t · ú § ¤t ë ß cap 8

£

x s 170 nm r « Ñ\ " f H ' a8 £ ¤ ) a C x ß ¼ ñ H ¦ l

© % ò ¾ ÓÜ ¼ Ð Ì º§ Â > ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 Ü ¼ 9, Al ^0.21 Ga 0.79 As

\

x 8 £ x_ Å Ò ) a ñü < 28 meV s \ ¦ Ðs H X < s H MBE Z O Ü ¼ Ð $ í © ½ + É M : ï ß F ¦ e H Ô ¦í HÓ ü t car- bon \ _ K + þ A$ í ÷ & H ñ Ð Ð [8]. s \ ¦ ½ ©" î l 0 AK Fig. 2(a)\ " f ° ú s cap 8 £ x ¿ ºa 170 nm r « Ñ\

"

f * 3 á Ô c [ jl \ ¦ 2 ∼ 15 mW # 3 0 A\ ¦ ¿ º ¦ PR\ ¦ 8 £ ¤& ñ

%

i . Õ ªa Ë >\ " f Ð H ü < ° ú s * 3 á Ô c _ [ jl \ ¦ 7 £ x < Ê

\

PR ñ_ + þ AI H _ o \ O H ì ø Í , ñ _ [ jl H 7 £ x % i . E ^g (GaAs), E g (Al 0.21 Ga 0.79 As) ü <

C x ß ¼_ ; ¤ õ * 3 á Ô c [ jl _ ' a > \ ¦ Fig. 2(b) \

? /% 3 .

Õ

ªa Ë >\ " f * 3 á Ô c _ [ jl \ ¦ 7 £ x r ( \ E _g (GaAs) ü < E _g (Al _0.21 Ga _0.79 As)_ x ß ¼_ [ jl H + þ A

&

h Ü ¼ Ð 7 £ x Ù þ ¡ H ì ø Í C x ß ¼ H 8 mW Â Ò H \ " f

í oH d` ¦ ^ ¦ Ã º e . s H * 3 á Ô c [ jl (I)ü < ñ [ j l

(A) s _ ' a > d (5)õ ° ú s Å Ò# Qt l M :ë H s [9].

∆R

R = ∝ I

ⁿ¹

(5) s

d \ " f a É r * 3 á Ô c [ jl \ @ /ô Ç ñ [ jl ' a > \ " f l

Ö ¦ l \ ¦ ? / H Ã º Ð+ e > & h + þ AI \ ¦ · p .

7 £ ¤ ñ [ jl + þ A& h Ü ¼ Ð 7 £ x ½ × ¼ç ß _ s \ _

ô Ç õ s ¦, + þ A& h Ü ¼ Ð 7 £ x í o÷ & H â Ä º

H Ô ¦í HÓ ü t \ ' aº ÷ & H â Ä ºs . s Qô Ç & ³ © É r Photo- luminscence(PL)8 £ ¤& ñ \ " f ¸ µ 1 ß) õ s [10].

Fig. 2. (a) PR spectra as a function of modulation beam intensity in the Si 3 N 4 (170 nm)/Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAs heterostructure. (b) The graph of PR signal ampli- tude as a function of modulation beam intensity in the Si ₃ N ₄ (170 nm)/Al _0.21 Ga _0.79 As/GaAs heterostructure.

Fig. 3 É r Al 0.21 Ga _0.79 As/GaAs s 7 á x] X ½ + Ë½ ¨ ¸_ r « Ñ

\

¦ \ P % o Z > \ É r PR Û ¼& 7 à Ô! 3 [ þ t s .

800 ^◦ C \ " f H GaAs ñ H _ t · ú § ¦ Al 0.21 Ga 0.79 As ñë ß > ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 . Ð: x Al-As_

½ + Ë \ -t H 2.7 eVs 9, Ga-As_ ½ + Ë \ -t H @ /

|

Ä Ì 3.1 eVs [11,12]. \ P % o \ ¦ ½ + Ë\ -t ©

@

/& h Ü ¼ Ð ô Ç Ass evaporation÷ & " f Gas 7 £ x ) a .

s

Ð K PR Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f GaAs ñ H _ t

· ú § ¦ Al 0.21 Ga 0.79 As ñë ß > ' a8 £ ¤ ) a .

(4)

Fig. 3. PR spectra of Al _0.21 Ga _0.79 As/GaAs observed from variations of annealing temperature.

Fig. 4 H Al 0.21 Ga _0.79 As/GaAs s 7 á x] X ½ + Ë½ ¨ ¸\ Si 3 N ₄ cap 8 £ x` ¦ 170 nm ` ¦ 2 ; Ê ê \ P % o \ ¦ ô Ç Ê ê PR Ð 8 £ ¤& ñ ô Ç Û

¼& 7 à Ô! 3 [ þ t s .

\ P

% o \ ¦ t · ú § ¤` ¦ M :\ H GaAs ñ_ [ jl Ä º [

j > z ¤t ë ß 800 ^◦ C Ð \ P % o \ ¦ ô Ç Ê ê\ H _ 1:1 q Ö ¦ Ð ' a8 £ ¤ s ÷ &% 3 . t ë ß 800 ^◦ C \ " f cap 8 £ x` ¦

Fig. 4. PR spectra of Si 3 N 4 (170 nm)/Al 0.21 Ga 0.79 As/

GaAs observed from variations of annealing temperature.

Fig. 5. The shift of band gap energy observed from vari- ations of annealing temperature.

`

¦ o t · ú § ¤` ¦ M :_ r « Ñ_ PR Û ¼& 7 à Ô! 3 õ q § Ù þ ¡` ¦ M :

H " î > z ¤ . 7 £ ¤ cap 8 £ x s As_ evaporation\ ¦

%

3 ] j H % i ½ + É` ¦ ô Ç ¦ ½ + É Ã º e .

:, \ P % o \ ¦ ô Ç â Ä º ¦\ -t Ð s 1 l x ÷ & H & ñ ¸\ ¦

¦ E ^g (Al 0.21 Ga 0.79 As) ¦ \ -t A á ¤ Ü ¼ Ð s 1 l x ) a . ì ø Í

\ cap 8 £ x s e Ü ¼ Ass 4 R H X < % 3 ] j % i ½ + É` ¦

©

s ¦ s Ð K ¦ \ -t Ð s 1 l x ÷ & H & ñ ¸

[13].

V. + s Ç Â ] Ø

¼ Ð K FKO ñ " î > ' a8 £ ¤.

2. cap 8 £ x ¿ ºa 170 nm{ 9 M :, GaAsü < Al 0.21 Ga 0.79

As > s \ A, B x 9 C x ß ¼ ñ ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 .

A, B ñ H cap 8 £ x_ ¿ ºa _ 7 £ x \ _ ô Ç _

³

ô Ç כ Ü ¼ Ð ó ø Í" î .

(5)

\ P

% o \ ¦ Ù þ ¡` ¦ â Ä º, 800 ^◦ C \ " f _ â Ä º\ H GaAs ñ ' a8 £ ¤ ÷ &t · ú § H ì ø Í Ê ê _ â Ä º\

H 1 : 1 q Ö ¦ Ð ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 H X < s H cap 8 £ x s As_ evaporation\ ¦ % 3 ] j H % i ½ + É` ¦ ô Ç ¦ ½ + É Ã º e .

4. \ P % o \ ¦ cap 8 £ x s e H â Ä º ¦\ -t Ð s

1 l x ÷ & H & ñ ¸ y è % i . s H cap 8 £ x s > r F

Ass 4 R H X < % 3 ] j % i ½ + É` ¦ l M :ë H s

.

Y c

p w Ã U Ø ô

[1] M. L. Gray and F. H. Pollak, J. Appl. Phys. 74, 3426 (1993).

[2] D. E. Aspnes, Surf. Sci. 37, 418 (1973).

[3] A. C. Han, M. Wojtowicz, D. Pascua, T. R. Block and D. C. Streit, J. Appl. Phys. 82, 2607 (1997).

[4] F. H. Pollak and H. Shen, J. Electron. Mater. 19, 399 (1990).

[5] M. Gal, J. S. Yuan, J. M. Viner, P. C. Taylor and G. B. Springfellow, Phys. Rev. B 33, 4410 (1986).

[6] G. Wang, P. Tronc, Yu. E. Kitaev and R. Planel, J.

Phys. Condens. Matter. 15, 3343 (2003).

[7] H. J. Lee, L. Y. Juravel, J. C. Woolley and A. J.

Spring Thorpe, Phys. Rev. B 21, 659 (1980).

[8] V. Swaminathan, M. D. Sturge and J. L. Zilko, J.

Appl. Phys. 52, 6306 (1981).

[9] P. J. Hughes, B. L. Weiss and T. J. C. Hosea, J.

Appl. Phys. 77, 6472 (1995).

[10] N. C. Tayler, R. W. Bicknell, D. K. Blanks, T. H.

Myers and J. F. Schetzna, J. Vac. Sci. Technol. A 3, 76 (1985).

[11] M. E. Constantino and B. Salazar-Hern ndez. J.

Phys. D : Appl. Phys. 37, 93 (2004).

[12] Ren-Zhi Wang, San-Huang Ke and Mei-Chun Huang, J. Phys.; Condens. Matt. 5, 7343 (1993).

[13] B. S. Ooi, A. C. Bryce, J. H. Marsh and J. S.

Roberts, Semicond. Sci. Technol. 12, 121 (1997).

Study on the Potoreflectance Characteristics of the Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAs and Si 3 N 4 /Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAs Heterostructure

Jae-In Yu and In-Ho Bae ^∗

Department of physics, Yeungnam University, Kyung-San 712-749 (Received 29 March 2004)

Photoreflectance (PR) was measured to investigate the characteristices of Si

3

N

4

/Al

0.21

Ga

0.79

As /GaAs and Al

0.21

Ga

0.79

As/GaAs heterostructures. In the PR spectrum of the sample with a 170- nm-thick caping layer of Si

3

N

4

the “C” peak was confirmed as being due to a residual carbon impurity defect. After the sample with the Si

3

N

4

caping layer had beeb annealed, the band gap energy was shifted toward low energy. This result showed that the Si

3

N

4

cappign layer controlled the evaporation of As.

PACS numbers: 68

Keywords: Photoreflectance, Si

3

N

4

∗

E-mail: [email protected]

Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAsÑ ÷ Si 3 N 4 /Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAs T  Ò Þ± n É¶  ¥  º8 ý Photoreflectance  ¤V R Ë  ì Å 

Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAsÑ ÷ Si 3 N 4 /Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAs T   Ò Þ± n É¶  ¥  º8 ý Photoreflectance  ¤V R Ë  ì Å 

­

¤<  - > · 9  - >  Ú ∗

% ò

z  @ / < Æ § Ó ü t o  < Æõ ,  â · ¡ ¤  â í ß  712-749 (2004¸  3 Z 4 29{ 9  ~ Ã Î6 £ §)

Si

N

/Al

Ga

As/GaAs ü < Al

Ga

As/GaAs s 7 á x] X ½ + Ë½ ¨ ¸ : £ ¤$ í `  ¦  ¸  l  0 A #  Pho- toreflectance(PR) ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð 8 £ ¤& ñ % i  . Si

N

cap 8 £ x s  170 nm  PR Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f, C x ß ¼   ñ  H r

« Ñ $ í  © r   > r F    H Ô  ¦í  HÓ ü t carbon \  _ ô  Ç  כ s  . Õ ªo  ¦ r « Ñ\  ¦ \ P % o \  ¦ Ù þ ¡`  ¦  â Ä º, Si

N

cap 8

£

x s   > r F ½ + É M :  H  ½ × ¼Ì  s \  -t _  s 1 l x s  & h % 3  . s  Qô  Ç   õ   H Si

N

cap 8 £ x s  As_  evaporation\  ¦

%

3 ] j   H % i ½ + É`  ¦ ô  Ç  ¦ ½ + É Ã º e   .

PACS numbers: 68

Keywords: F g   ¸ì  rF gZ O , 3-57 á ¤ o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^ 

I. " e Â ] Ø

| 9

 o½ © è(Si 3 N 4 ; z ´o  B H s à Ô s × ¼) 8 £ x É r  Ð:  x 

  > s à Ô(damascene gate) / B N& ñ \  ´ ú §s   6 x ) a . 

  > s à Ô / B N& ñ  É r J ?s (  0 A\  | 9  o½ © è 8 £ x`  ¦ 7 £ x Ã Ì ô 

Ç + '    x 9 d  y   / B N& ñ `  ¦ :  x K  > s à Ô % ò % i `  ¦ 6 £ §y    1

p

w + þ A$ í r v  ¦ # l \  > s à Ô6 x e  ¦ o z ´o  B H`  ¦ B j0 >  

 x 9 d  y   / B N& ñ `  ¦ :  x K   Qt  Â Òì  r[ þ t`  ¦ \ O Ó  rÜ ¼ Ð+  >  s

à Ô\  ¦ ½ ¨$ í   H ~ ½ Ód  s  . l  > r \   H J ?s (  0 A\  > s  à

Ô6 x e  ¦ o z ´o  B H`  ¦ 7 £ x Ã Ì  ¦ Õ ª 0 A\  ì ø Í ¸^  r Ð\  ¦ \ O 

#

Q  ¸ F g x 9 d  y  õ & ñ `  ¦ :  x K   É r Â Òì  r[ þ t`  ¦ ] j K  > s  à

Ô\  ¦ ½ ¨$ í   H ~ ½ Ód  `  ¦  6 x K  M ® o  H X <, s  ~ ½ Ód   É r l Õ ü t& h ô 

Ç>  Ð 80  ¸ s  _  ì ø Í ¸^ \  ¦ ] j ¸ l  j Ë µ[ þ t% 3  . ì ø Í

 

\     > s à Ô / B N& ñ  É r 50  ¸/ å L s   t  ¸ ì ø Í ¸

^

\  ¦ ] j   ½ + É Ã º e    H e ± & h s  e   . Si 3 N 4 8 £ x É r plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD) ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð

$ í

 ©    H X <, z ´o  B H s 6  ¤  s × ¼1 p x  ¸ s  ~ ½ ÓZ O s  & h 6 x

 )

a . Si 3 N 4 8 £ x É r ¢ ¸ô  Ç monolithic microwave integrated circuit(MMIC)_  Ä »  ^  F « Ñ x 9 ì ø Í ¸^  ³ ð  _   Ð ñ}   Ü

¼ Ð  6 x ) a . s  Qô  Ç æ ¼e  D h_  Å Ò  ) a s Ä » Si 3 N 4 8 £ x É r



©  : r õ   ¦ : r \ " f y ©  ¸, õ   $ í , \ P Ø  æ  x 9 ? /í ß  o$ í s  Ä

ºÃ º l  M :ë  H s  9 s  Qô  Ç e ± & h Ü ¼ Ð   K  [ j b  Û ¼ ì  r  

\

 ¸ ´ ú §s  æ ¼s   H F « Ñ×  æ  s  . s  Qô  Ç Si 3 N 4 8 £ x s  ì

ø Í ¸^  ³ ð  x 9 >   \  p u   H F g : £ ¤$ í `  ¦ · ú   Ðl  0 AK  photoreflectance(PR) Z O Ü ¼ Ð  ¸  % i  . PR Z O  É r o½ + Ë

E-mail: [email protected]

Ó ü

t ì ø Í ¸^ _  s 7 á x] X ½ + Ë½ ¨ ¸\ " f { ç ß _    s  \  -t , ³ ð

 

x 9 >   \ " f   l  © _  ì  r  í 1 p x F g < Æ& h : £ ¤$ í `  ¦ ¨ î  



 H X < ´ ú §s  s 6 x ÷ &  H ~ ½ ÓZ O s   [1–3].



s

 ½ ¨ ¸_  : £ ¤$ í `  ¦  : r  ¸\  ¦ 300 ∼ 800 ◦ C  t  \ P % o  Ê ê PR ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð  ¸  % i  .

II. T  Â ] Ø

F

g  ¸ \  _ K  r « Ñ\    o   H   l  © s    `  ¦ M :($ 

 

l  © )  H PR \ " f ½ ©  o ) a ì ø Í Ö  ¦ R_    o 7 £ ¤ ∆R R   H

~Ω ≺ Γ 3 { 9  M :, d  (1)õ  ° ú  É r third derivative functional form(TDFF)  Ð  è ß   [5].

∆R

R = Re[ΣCe iθ (E − E g + iΓ) −n ] (1)

#

l " f C  H   ;  ¤, D  H 0 A © `  ¦  ? / 9,    ¸   ñ_  @ / g A$ í Ü ¼ ÐÂ Ò'  ½ ¨½ + É Ã º e  Ü ¼ 9, Eü < F   H y  y   r « Ñ_  {  ç ß

  \  -t  x 9 ¨ î ò ø Í   s  . Õ ªo  ¦ N É r critical point type õ   ' a > ÷ & 9 Ns  2, 2.5 x 9 3 { 9  M : y  y   " l or  : r, 3 

"

é

¶ \ " f_  { ç ß    s  x 9 2 " é ¶ \ " f_  { ç ß    s \  ¦  

Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAsÑ ÷ Si 3 N 4 /Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAs T Ò Þ± n É¶ ¥ º8 ý Photoreflectance ¤V R Ë ì Å

Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAsÑ ÷ Si ₃ N 4 /Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAs T Ò Þ± n É¶ ¥ º8 ý Photoreflectance ¤V R Ë ì Å

¤< - > · 9 - > Ú ^∗

z @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , â · ¡ ¤ â í ß 712-749 (2004¸ 3 Z 4 29{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

As/GaAs s 7 á x] X ½ + Ë½ ¨ ¸ : £ ¤$ í ` ¦ ¸ l 0 A # Pho- toreflectance(PR) ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð 8 £ ¤& ñ % i . Si

cap 8 £ x s 170 nm PR Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f, C x ß ¼ ñ H r

« Ñ $ í © r > r F H Ô ¦í HÓ ü t carbon \ _ ô Ç כ s . Õ ªo ¦ r « Ñ\ ¦ \ P % o \ ¦ Ù þ ¡` ¦ â Ä º, Si

x s > r F ½ + É M : H ½ × ¼Ì s \ -t _ s 1 l x s & h % 3 . s Qô Ç õ H Si

cap 8 £ x s As_ evaporation\ ¦

3 ] j H % i ½ + É` ¦ ô Ç ¦ ½ + É Ã º e .

Keywords: F g ¸ì rF gZ O , 3-57 á ¤ o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^

o½ © è(Si 3 N 4 ; z ´o B H s à Ô s × ¼) 8 £ x É r Ð: x

> s à Ô(damascene gate) / B N& ñ \ ´ ú §s 6 x ) a .

> s à Ô / B N& ñ É r J ?s ( 0 A\ | 9 o½ © è 8 £ x` ¦ 7 £ x Ã Ì ô

Ç + ' x 9 d y / B N& ñ ` ¦ : x K > s à Ô % ò % i ` ¦ 6 £ §y 1

w + þ A$ í r v ¦ # l \ > s à Ô6 x e ¦ o z ´o B H` ¦ B j0 >

x 9 d y / B N& ñ ` ¦ : x K Qt Â Òì r[ þ t` ¦ \ O Ó rÜ ¼ Ð+ > s

à Ô\ ¦ ½ ¨$ í H ~ ½ Ód s . l > r \ H J ?s ( 0 A\ > s à

Ô6 x e ¦ o z ´o B H` ¦ 7 £ x Ã Ì ¦ Õ ª 0 A\ ì ø Í ¸^ r Ð\ ¦ \ O

Q ¸ F g x 9 d y õ & ñ ` ¦ : x K É r Â Òì r[ þ t` ¦ ] j K > s à

Ô\ ¦ ½ ¨$ í H ~ ½ Ód ` ¦ 6 x K M ® o H X <, s ~ ½ Ód É r l Õ ü t& h ô

Ç> Ð 80 ¸ s _ ì ø Í ¸^ \ ¦ ] j ¸ l j Ë µ[ þ t% 3 . ì ø Í

\ > s à Ô / B N& ñ É r 50 ¸/ å L s t ¸ ì ø Í ¸

\ ¦ ] j ½ + É Ã º e H e ± & h s e . Si ³ N 4 8 £ x É r plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD) ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð

© H X <, z ´o B H s 6 ¤ s × ¼1 p x ¸ s ~ ½ ÓZ O s & h 6 x

)

a . Si 3 N ₄ 8 £ x É r ¢ ¸ô Ç monolithic microwave integrated circuit(MMIC)_ Ä » ^ F « Ñ x 9 ì ø Í ¸^ ³ ð _ Ð ñ} Ü

¼ Ð 6 x ) a . s Qô Ç æ ¼e D h_ Å Ò ) a s Ä » Si ³ N 4 8 £ x É r

© : r õ ¦ : r \ " f y © ¸, õ $ í , \ P Ø æ x 9 ? /í ß o$ í s Ä

ºÃ º l M :ë H s 9 s Qô Ç e ± & h Ü ¼ Ð K [ j b Û ¼ ì r

¸ ´ ú §s æ ¼s H F « Ñ× æ s . s Qô Ç Si ₃ N ₄ 8 £ x s ì

ø Í ¸^ ³ ð x 9 > \ p u H F g : £ ¤$ í ` ¦ · ú Ðl 0 AK photoreflectance(PR) Z O Ü ¼ Ð ¸ % i . PR Z O É r o½ + Ë

t ì ø Í ¸^ _ s 7 á x] X ½ + Ë½ ¨ ¸\ " f { ç ß _ s \ -t , ³ ð

x 9 > \ " f l © _ ì r í 1 p x F g < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ ¨ î

H X < ´ ú §s s 6 x ÷ & H ~ ½ ÓZ O s [1–3].

½ ¨ ¸_ : £ ¤$ í ` ¦ : r ¸\ ¦ 300 ∼ 800 ^◦ C t \ P % o Ê ê PR ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ¸ % i .

II. T Â ] Ø

g ¸ \ _ K r « Ñ\ o H l © s ` ¦ M :($

l © ) H PR \ " f ½ © o ) a ì ø Í Ö ¦ R_ o 7 £ ¤ ^∆R _R H

~Ω ≺ ^Γ ₃ { 9 M :, d (1)õ ° ú É r third derivative functional form(TDFF) Ð è ß [5].

R = Re[ΣCe ^iθ (E − E g + iΓ) ⁻ⁿ ] (1)

l " f C H ; ¤, D H 0 A © ` ¦ ? / 9, ¸ ñ_ @ / g A$ í Ü ¼ ÐÂ Ò' ½ ¨½ + É Ã º e Ü ¼ 9, Eü < F H y y r « Ñ_ { ç ß

\ -t x 9 ¨ î ò ø Í s . Õ ªo ¦ N É r critical point type õ ' a > ÷ & 9 Ns 2, 2.5 x 9 3 { 9 M : y y " l or : r, 3

¶ \ " f_ { ç ß s x 9 2 " é ¶ \ " f_ { ç ß s \ ¦

· p . F g ¸ \ _ K r « Ñ\ o H l © s 9 þ t M :( ¦

l © ) H Q{ 9 M :, e > & h \ -t Ð H % ò % i \ " f Å Ò

$ í ` ¦ 1 l x ñ 9 s \ ¦ Franze-Keldysh oscillation(FKO) ¦ ô Ç . s ñ H d (2)ü < ° ú s H

& h Ü ¼ Ð l Õ ü t½ + É Ã º e [6].

R = ∝ cos 4

: E E g (2)

l " f F H e > & h " é ¶ s 9 f ] X s @ /K " f H 3 s

. S H [ O 1 l x : £ ¤$ í \ -t Ð" f ? /Â Ò l © Gü < d (3)õ

É r ' a > \ ¦ .

~Ω = e ² E _i ² ~ ² 2µ

l " f A H _ , B H e ¦| ½ Óß ¼ © Ã ºs ¦, C H ¨ 8 í

ß | 9 | ¾ Ós .

: r z ´+ « >\ " f H ì ø Í] X $ í GaAs l ó ø Í0 A\ MBEZ O \ _ K

Al ^0.21 Ga 0.79 As \ x 8 £ x` ¦ 5000 ˚ A $ í © r Ê ê, cap 8 £ x

Si ₃ N 4 8 £ x` ¦ PECVD ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ¿ ºa Z > (21 ∼ 170 nm) Ð

© % i .

Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAs ü < Si ₃ N 4 /Al 0.21 Ga 0.79 As/GaAs s

7 á x] X ½ + Ë ½ ¨ ¸_ : £ ¤$ í ` ¦ ' a¹ 1 Ï l 0 A # 300 ∼ 800 ^◦ C

t : r ¸Z > \ P % o \ ¦ ô Ç Ê ê PR 8 £ ¤& ñ ` ¦ % i . PR 8 £ ¤& ñ

É

r * 3 á Ô c (pump beam)Ü ¼ Ð He-Ne laser(6328 ˚ A)\ ¦ 6

x % i Ü ¼ 9, laser_ ¸ Å Ò Ã º H 250 Hz Ð ¦& ñ % i

. Õ ªo ¦ probe beamÜ ¼ Ð H 240 W ) í Û ¼J $ -½ + É Ð p F g

¶` ¦ 6 x % i . y © Z > \ É r é ß Ò oF g` ¦ % 3 l 0 AK

6 xô Ç ì rF g l H í& h o 0.75 m Spex 750 l l \ ¦

6 x % i .

Fig. 1 É r MBE ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð $ í © ô Ç Al _0.21 Ga _0.79 As/GaAs s

7 á x] X ½ + Ë½ ¨ ¸\ PECVD ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð Si ³ N 4 cap 8 £ x ¿ ºa Z >

Ð $ í © r r « Ñ\ ¦ PR ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð 8 £ ¤& ñ ô Ç Û ¼& 7 à Ô! 3 [ þ t` ¦

? /% 3 . Al ^0.21 Ga 0.79 As/GaAs ü < Si 3 N 4 /Al 0.21 Ga 0.79

As/GaAs s 7 á x] X ½ + Ë½ ¨ ¸\ " f 8 £ ¤& ñ ) a PR ñ[ þ t_ + þ AI

H 3 p ì r+ þ A` ¦ { ¦ e Ü ¼ 9, r « Ñ[ þ t_ l ó ø Í GaAsü <

x 8 £ x Al _0.21 Ga 0.79 As 8 £ x \ @ /ô Ç PR ñ_ s \

-t H 1.42 ü < 1.72 eV Â Ò H \ " f ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 . s H #