In this work, we present the results of an investigation into the effectiveness of varying ammonium sulphide (NH4)2S concentrations in the passivation of n-type and p-type In0.53Ga0.47As. Samples were degreased and immersed in aqueous (NH4)2S solutions of concentrations 22%, 10%, 5%, or 1% for 20 min at 295 K, immediately prior to atomic layer deposition of Al2O3. Multi-frequency capacitance-voltage (C-V) results on capacitor structures indicate that the lowest frequency dispersion over the bias range examined occurs for n-type and p-type devices treated with the 10%(NH4)2S solution. The deleterious effect on device behavior of increased ambient exposure time after removal from 10%(NH4)2S solution is also presented. Estimations of the interface state defect density (Dit) for the optimum 10%(NH4)2S passivated In0.53Ga0.47As devices extracted using an approximation to the conductance method, and also extracted using the temperature-modified high-low frequency C-V method, indicate that the same defect is present over n-type and p-type devices having an integrated Dit of 2.5×1012cm2(±1×1012cm2) with the peak density positioned in the middle of the In0.53Ga0.47As band gap at approximately 0.37 eV (±0.03 eV) from the valence band edge. Both methods used for extracting Dit show very good agreement, providing evidence to support that the conductance method can be applied to devices incorporating high-k oxides on In0.53Ga0.47As.

1.
C. L.
Hinkle
,
A. M.
Sonnett
,
E. M.
Vogel
,
S.
McDonnell
,
G.
Hughes
,
M.
Milojevic
,
B.
Lee
,
F. S.
Aguirre-Tostado
,
K. J.
Choi
,
J.
Kim
, and
R. M.
Wallace
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
163512
(
2007
).
2.
Y. C.
Chang
,
M. L.
Huang
,
K. Y.
Lee
,
Y. J.
Lee
,
T. D.
Lin
,
M.
Hong
,
J.
Kwo
,
T. S.
Lay
,
C. C.
Liao
, and
K. Y.
Cheng
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
072901
(
2008
).
3.
H. S.
Kim
,
I.
Ok
,
M.
Zhang
,
T.
Lee
,
F.
Zhu
,
L.
Yu
, and
J. C.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
222903
(
2006
).
4.
B.
Shin
,
D.
Choi
,
J. S.
Harris
, and
P. C.
MacIntyre
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
052911
(
2008
).
5.
E.
O’Connor
,
R. D.
Long
,
K.
Cherkaoui
,
K. K.
Thomas
,
F.
Chalvet
,
I. M.
Povey
,
M. E.
Pemble
,
P. K.
Hurley
,
B. B.
Brennan
,
G.
Hughes
, and
S.
Newcomb
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
022902
(
2008
).
6.
N.
Goel
,
P.
Majhi
,
C. O.
Chui
,
W.
Tsai
,
D.
Choi
, and
J. S.
Harris
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
163517
(
2006
).
7.
N.
Goel
,
P.
Majhi
,
W.
Tsai
,
M.
Warusawithana
,
D. G.
Schlorn
,
M. B.
Santos
,
D.
Choi
,
J. S.
Harris
, and
Y.
Nishi
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
093509
(
2007
).
8.
C. -C.
Cheng
,
C. -H.
Chien
,
G. -L.
Luo
,
C. -K.
Tseng
,
H. -C.
Chiang
,
C. -H.
Yang
, and
C. -Y.
Changa
,
J. Electrochem. Soc.
155
,
G56
(
2008
).
9.
J. -K.
Yang
,
M. -G.
Kang
, and
H. -H.
Park
,
J. Appl. Phys.
96
,
4811
(
2004
).
10.
P. T.
Chen
,
Y.
Sun
,
E.
Kim
,
P. C.
McIntyre
,
W.
Tsai
,
M.
Garner
,
P.
Pianetta
,
Y.
Nishi
, and
C. O.
Chui
,
J. Appl. Phys.
103
,
034106
(
2008
).
11.
H. D.
Trinh
,
E. Y.
Chang
,
P. W.
Wu
,
Y. Y.
Wong
,
C. T.
Chang
,
Y. F.
Hsieh
,
C. C.
Yu
,
H. Q.
Nguyen
,
Y. C.
Lin
,
K. L.
Lin
, and
M. K.
Hudait
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
042903
(
2010
).
12.
G.
Brammertz
,
H. C.
Lin
,
K.
Martens
,
A.
Alian
,
C.
Merckling
,
J.
Penaud
,
D.
Kohen
,
W. -E.
Wang
,
S.
Sioncke
,
A.
Delabie
,
M.
Meuris
,
M.
Caymax
, and
M.
Heyns
,
ECS Trans.
19
(
5
),
375
(
2009
).
13.
B.
Brennan
,
M.
Milojevic
,
C. L.
Hinkle
,
F. S.
Aguirre-Tostado
,
G.
Hughes
, and
R. M.
Wallace
Optimisation of the ammonium sulphide (NH4)2S passivation process on In0.53Ga0.47As
,
Appl. Surf. Sci.
(
2011
), doi: 10.1016/j.apsusc.2010.11.179.
14.
S. B.
Newcomb
,
Inst. Phys. Conf. Ser.
179
,
357
(
2003
).
15.
R. M.
Wallace
,
ECS Trans.
16
(
5
),
255
(
2008
).
16.
R. D.
Long
,
É.
O’Connor
,
S. B.
Newcomb
,
S.
Monaghan
,
K.
Cherkaoui
,
P.
Casey
,
G.
Hughes
,
K. K.
Thomas
,
F.
Chalvet
,
I. M.
Povey
,
M. E.
Pemble
, and
P. K.
Hurley
,
J. Appl. Phys.
106
,
084508
(
2009
).
17.
É.
O’Connor
,
S.
Monaghan
,
R. D.
Long
,
A.
O’Mahony
,
I. M.
Povey
,
K.
Cherkaoui
,
M. E.
Pemble
,
G.
Brammertz
,
M.
Heyns
,
S. B.
Newcomb
,
V. V.
Afanas’ev
, and
P. K.
Hurley
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
102902
(
2009
).
18.
D.
Lin
,
N.
Waldron
,
G.
Brammertz
,
K.
Martens
,
W. -E.
Wang
,
S.
Sioncke
,
A.
Delabie
,
H.
Bender
,
T.
Conard
,
W. H.
Tseng
,
J. C.
Lin
,
K.
Temst
,
A.
Vantomme
,
J.
Mitard
,
M.
Caymax
,
M.
Meuris
,
M.
Heyns
, and
T.
Hoffmann
,
ECS Trans.
28
(
5
),
173
(
2010
).
19.
A.
O’Mahony
,
S.
Monaghan
,
G.
Provenzano
,
I. M.
Povey
,
M. G.
Nolan
,
É.
O’Connor
,
K.
Cherkaoui
,
S. B.
Newcomb
,
F.
Crupi
,
P. K.
Hurley
, and
M. E.
Pemble
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
052904
(
2010
).
20.
H. J.
Wadsworth
,
S.
Bhattacharya
,
D. W.
McNeill
,
F. H.
Ruddell
,
B. M.
Armstrong
,
H. S.
Gamble
, and
D.
Denvir
,
Mater. Sci. Semicond. Process.
9
,
685
(
2006
).
21.
B.
Shin
,
J. R.
Weber
,
R. D.
Long
,
P. K.
Hurley
,
C. G.
Van de Walle
, and
P. C.
McIntyre
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
152908
(
2010
).
22.
E. J.
Kim
,
L.
Wang
,
P. M.
Asbeck
,
K. C.
Saraswat
, and
P. C.
McIntyre
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
012906
(
2010
).
23.
T. O’
Regan
,
P. K.
Hurley
,
B.
Sorée
, and
M. V.
Fischetti
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
213514
(
2010
).
24.
P. K.
Hurley
,
É. O’
Connor
,
T. O’
Regan
,
S.
Monaghan
,
R. D.
Long
,
V.
Djara
,
M. A.
Negara
,
A. O’
Mahony
,
I. M.
Povey
,
A.
Blake
,
R. E.
Nagle
,
D. O’
Connell
,
M. E.
Pemble
and
K.
Cherkaoui
.,
ECS Trans.
33
(
3
),
433
(
2010
).
25.
G.
Brammertz
,
H. -C.
Lin
,
M.
Caymax
,
M.
Meuris
,
M.
Heyns
, and
M.
Passlack
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
202109
(
2009
).
26.
G.
Snider
, see: http://www.nd.edu/~gsnider/
27.
C. L.
Hinkle
,
A. M.
Sonnet
,
R. A.
Chapman
, and
E. M.
Vogel
,
IEEE Trans. Electron Devices
30
,
316
(
2009
).
28.
H. C.
Lin
,
W. -E.
Wang
,
G.
Brammertz
,
M.
Meuris
, and
M.
Heyns
,
Microelectron. Eng.
86
,
1554
(
2009
).
29.
A.
Herrera-Gómez
,
P.
Pianetta
,
D.
Marshall
,
E.
Nelson
, and
W. E.
Spicer
,
Phys. Rev. B
61
,
12988
(
2000
);
AANALYZER is software for XPS peak deconvolution and available at http://qro.cinvestav.mx/~aanalyzer/
30.
B.
Brennan
and
G.
Hughes
,
J. Appl. Phys.
108
,
053516
(
2010
).
31.
J.
Robertson
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
152104
(
2009
).
32.
M.
Milojevic
,
F. S.
Aguirre-Tostado
,
C. L.
Hinkle
,
H. C.
Kim
,
E. M.
Vogel
,
J.
Kim
, and
R. M.
Wallace
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
202902
(
2008
).
33.
W.
Wang
,
G.
Lee
,
M.
Huang
,
R. M.
Wallace
, and
K. J.
Cho
,
J. Appl. Phys.
107
,
103720
(
2010
).
34.
E. H.
Nicollian
and
J. R.
Brews
,
MOS Physics and Technology
(
Wiley
,
New York
,
1982
), p.
331
.
35.
E. H.
Nicollian
and
A.
Goetzberger
,
Bell Syst. Tech. J.
46
,
1055
(
1967
).
36.
A.
Ali
,
H.
Madan
,
S.
Koveshnikov
,
S.
Oktyabrsky
,
R.
Kambhampati
,
T.
Heeg
,
D.
Schlom
, and
S.
Datta
,
IEEE Trans. Electron Devices
57
,
742
(
2010
).
37.
M. J.
Uren
,
J. H.
Stathis
, and
E.
Cartier
,
J. Appl. Phys.
80
,
3915
(
1996
).
You do not currently have access to this content.