WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 934 А.Т. Гореленок, А.В. Каманин, Н.М. Шмидт вале 1.0-1.6 мкм. Статический коэффициент усиления достигал 100 при мощностях меньше 0.1 мВт и смещении 1.5 В.

Методика совместного легирования Cd + РЗЭ была использована для получения биполярных NpN-фототранзисторов с сильно легированной тонкой базой [48] (рис. 20, a). В готовом транзисторе база по существу была составной, т. е. p-InGaAsP (Eg = 0.8эВ) с концентрацией 1018 см-3 и толщиной 100-200 выращивался таким образом, чтобы в прилегающем широкозонном слое n-InGaAsP (Eg = 1.1эВ) формировался тонкий p-слой толщиной 100-500 [48]. Использование составной базы позволяет в широких пределах управлять плотностью темнового тока транзистора от 10-до 10-6 А/см2. Изменение толщины узкозонной части базы от 100 до 1000 позволяет изменять коэффициент усиления по току от 100 до 1000 (рис. 20, b), при этом быстродействие изменяется от 20 до 100 нс.

Для структур с разной толщиной базы наблюдается сильная зависимость усиления и быстродействия от мощности излучения. Эта зависимость связана с налиРис. 21. Обратные вольт-амперные характеристики чием барьера на гетерогранице. Максимальное усилебарьеров Шоттки при 300 K площадью 9 · 10-4 см-2:

ние 1000 при 100 нс удалось получить при уровне 1 —InP-Yb-Ni-Au, 2 —InGaAs-Y-Ni-Au, 3 —InP-Au.

световой мощности 10 мВт и при относительно больших смещениях.

6.4. Барьеры Шоттки Идея применения РЗЭ для получения высококачественных барьеров Шоттки была основана на предположении о том, что высокая химическая активность РЗЭ к кислороду, мышьяку и фосфору позволит уменьшить вероятность формирования проводящих нестабильных фаз собственных оксидов InP и InGaAs. Кроме того, предполагалось, что применение РЗЭ уменьшит и миграцию As и P на границах раздела металл-InP(InGaAS) и диэлектрик-InP(InGaAs). Это обеспечило бы получение больших значений высоты барьера Шоттки, малую плотность состояний на границе раздела диэлектрик-InP(InGaAs), а также стабильность этих параметров во времени.

Для создания барьеров Шоттки на основе InP и InGaAs с концентрацией электронов n =(1-2)·1016 см-была использована многослойная металлизация: иттербий (толщина 200-300 ), никель (200-300 ) и золо- Рис. 22. Типичная вольт-фарадная характеристика МДП то (5000 ). Многослойный барьер создавался терми- структуры Sc2O3-InP (толщина Sc2O3 — 250 ).

ческим напылением в вакууме. В прямом направлении вольт-амперные характеристики (ВАХ) барьеров Шоттки были близки к идеальным, коэффициент идеальности Sc2O3 и Y2O3 имеют удельное сопротивление равен 1.05-1.1, высота барьера 0.76 и 0.55 эВ соот1015-1016 Ом · см. Эти значения весьма близки к веливетственно для InP и InGaAs. На рис. 21 приведены чине удельного сопротивления термической двуокиси обратные ВАХ этих барьеров (кривые 1 и 2) и для кремния. Оксиды получали термическим напылением сравнения барьера Au-n-InP (кривая 3) [49]. Видно, скандия или иттрия в вакууме с контролируемым ввечто токи утечки для многослойной металлизации при дением кислорода. Исследование полученных на оснообратном смещении 1 В на несколько порядков ниже, чем для „классических“ барьеров Au-n-InP. ве InP структур металл-диэлектрик-полупроводник Наши предварительные исследования оксидов РЗЭ с использованием этих диэлектриков показало, что фикпоказали, что такие редкоземельные оксиды, как сированный заряд на границе раздела меньше 1011 см-2, Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Редкоземельные элементы в технологии соединений AIIIBV и приборов на их основе плотность поверхностных состояний в минимуме меньше 1011 эВ-1 см-2, гистерезис вольт-фарадной характеристики меньше 0.2 В (рис. 22) [6].

6.5. Полевые транзисторы с барьером Шоттки Разработанная технология получения барьеров Шоттки и легированных слоев с большой подвижностью (двойное легирование Sn + РЗЭ) была использована для получения полевых транзисторов с барьером Шоттки [50]. Слои InGaAs с концентрацией n =(1-2) · 1017 см-3 имели подвижность электронов до 7000 см2 В-1 с-1 при комнатной температуре. Конструкция и типичные ВАХ полевых транзисторов показаны на рис. 23 [50]. При размерах затвора 1.5 290 мкм крутизна составляла 180 мСм/мм при 300 K, коэффициент усиления по мощности — 17 дБ на частоте 4 ГГц.

На рис. 24 показана частотная зависимость коэффициента усиления по мощности. Для сравнения на том же рисунке (кривая 2) приведена частотная зависимость, измеренная для GaAs полевого транзистора с такой же топологией и размером затвора и в тех же условиях.

Видно, что полевой транзистор на основе InGaAs имеет более высокую рабочую частоту.

Рис. 23. Схема полевого транзистора с затвором Шоттки и его типичные вольт-амперные характеристики при 300 K.

7. Поверхностное геттерирование GaAs пленками РЗЭ Ранее сообщалось о поверхностном геттерировании высокоомного ( = 108 Ом · см) GaAs ориентации (111) и (100), легированного хромом. Пластины такого GaAs толщиной 0.3 мм покрывались пленками SiO2, Si-W, Cr или Si-Cr толщиной 1000 и подвергались термообработке при 826-926Cв течение 15-45 ч. В результате было обнаружено, что плотность дислокаций и механические напряжения уменьшаются, а удельное сопротивление и подвижность несколько увеличиваются [51].

В данной работе приведены результаты поверхностного геттерирования примесей и дефектов в толстых (1.6 мм) пластинах GaAs ориентации (111), полученного методом Чохральского [17] из исходных Ga и As чистотой 7N, с параметрами n =(1-3) · 1015 см-и подвижностью 1500-2000 см2 В-1 с-1 при 300 K. Это Рис. 24. Частотные зависимости коэффициента усиления по был материал, концентрация носителей в котором опремощности для полевых транзисторов с затвором Шоттки на делялась уже не фоновой концентрацией остаточных основе: 1 —InGaAs, 2 — GaAs, с одинаковыми геометричепримесей, а соотношением собственных дефектов тискими размерами.

па VGa, VAs, IGa, IAs, AsGa, GaAs и различных комплексов с их участием. Анализ температурной зависимости концентрации носителей исходного материала (рис. 25) показал, что при комнатной температуре она сенных на одну (OSC) или обе (TSC) стороны поопределяется мелким донорным уровнем с энергией верхности пластины (рис. 26) термическим вакуумным активации 10-12 мэВ и глубоким донорным уровнем с или плазменным напылением. Затем следовала термоэнергией активации 150 мэВ. При этом степерь компен- обработка (ТО) в атмосфере очищенного водорода при сации составляла 40%, а концентрация акцепторов — температурах 700-800C в течение 5 мин-38 ч. При 1015 см-3 [52,53]. этом показано, что в результате ТО, в зависимости Поверхностное геттерирование осуществлялось с по- от температурно-временного режима, начиная с теммощью тонких ( 1000 ) иттриевых покрытий, нане- ператур 700C, возможно управлять концентрацией Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 936 А.Т. Гореленок, А.В. Каманин, Н.М. Шмидт типа проводимости и концентрация электронов составляла 1012 см-3 и ниже.

Распределения концентрации основных носителей ND-NA и эффективного времени жизни ННЗ в геттерированном GaAs при ТО (800C, 0.5 ч) представлены на рис. 27. Распределения практически постоянны.

В случае ТО при 700C, 0.25 ч в обоих случаях OSC и TSC геттерирования после плазменного удаления пленок Y c обеих сторон приповерхностный слой имеет n-тип проводимости с n 1013-1014 см-3. Толщина этого слоя составляла несколько мкм, а на большей глубине концентрация снижалась до 1012 см-3 и ниже, в зависимости от режима ТО (рис. 26). Из данных рис. 26 можно заключить, что геттерирование носит Рис. 25. Температурные зависимости концентрации электронов: 1 —исходный GaAs, 2 — GaAs после удаления двухстороннего покрытия Y и термообработки в течение 3 ч.

носителей заряда в пределах 108-1014 см-3 и достигать подвижности электронов до 7000 см2 В-1 с-1 при 300 K.

После ТО исходного материала с двухсторонним Y-покрытием в течение 5 ч при 800C наблюдалось уменьшение компенсации до 30% и увеличение подвижности до 7000 см2 В-1 с-1 [52–54]. Для такого материала температурная зависимость концентрации определяется только донорным уровнем с энергией активации 430 мэВ (рис. 25, кривая 2).

Распределение концентрации носителей по толщине в геттерированных пластинах определялось с помощью вольт-фарадных измерений на барьерах Шоттки Hg-GaAs и электролит-GaAs в химической ячейке, в которой была возможность подсветки границы раздела электролит-полупроводник [50,51]. В качестве Рис. 26. Схематическое изображение обработанных подложек электролита использовался сернокислотный травитель GaAs: a — исходный GaAs, b — GaAs с TSC покрытием H2SO4 : H2O2 : H2O (1: 8: 1), который обладал постоянпленкой SiO2, c — GaAs с OSC покрытием пленкой Y, ной скоростью травления 4 мкм/мин, в течение нескольd — GaAs с TSC покрытием пленкой Y.

ких суток. При освещении границы раздела светом с h >Eg возникающий в этой системе фототок пропорционален эффективному времени жизни дырок. Следовательно, при химическом травлении высокоомного GaAs измерение фототока дает качественное распределение эффективного времени жизни неравновесных носителей заряда (ННЗ).

Следует заметить, что предварительное исследование распределения концентрации носителей с использованием барьера Шоттки Hg-GaAs при послойном стравливании GaAs в травителе H2SO4 : H2O2 : H2O (1: 8: 50) (скорость травления — 1000 /мин) показало, что в случае ТО структур Y-GaAs при температуре 800C в течение 0.5 ч и плазменного травления пленки Y поверхность пластины имеет p-тип проводимости с Рис. 27. Профили распределения концентрации носителей p 1016 см-3 до глубины 0.5 мкм. В то же время заряда (1a-3a) и времени жизни дырок (1b-3b) после OSC непокрытая пленкой Y поверхность (при OSC геттеригеттерирования при 800C, 0.5 ч (1a, 1b) и 700, 0.25 ч (2a, 2b), ровании, рис. 26, c) после ТО при 800C в течение 0.5 ч а также после TSC геттерирования при 800C, 0.5 ч (3a, 3b).

также имела p-тип проводимости с p 1017 см-3 [55,56].

Точки x = 0 и 1.6 мм соответствуют поверхностям пластины Толщина слоя p-типа составляла несколько мкм, а на после удаления пленки Y и непокрытой поверхности соответбольшей глубине с обеих сторон происходила инверсия ственно.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Редкоземельные элементы в технологии соединений AIIIBV и приборов на их основе геттерирования (образец SGA-8Y) его интенсивность значительно уменьшается, а примесный пик, 1.45 эВ, по-видимому, связанный с собственными дефектами, исчезает [58–60].

Для образцов AGC-25in и AGPin, выращенных методом Чохральского из-под влажного оксида бора, примесный пик 1.45 эВ отсутствует. Для AGPin (GaAs : Cr) после геттерирования (образец AGP-1Y) присутствуют два пика: 1.493 эВ, который связан с переходом из зоны проводимости на нейтральный углеродный акцептор, и пик 1.513 эВ (A0X), в то время как до геттерирования присутствовал единственный пик 1.488 эВ, который соответствует переходу нейтральный донор - нейтральный акцептор (Mg или Be) [57]. Следует заметить, что эффект геттерирования примесей и дефектов наблюдался в GaAs при ND-NA < 1016 см-3. В этом случае фоновая концентрация носителей определяется собственными дефектами. Спектры ФЛ после TSC геттерирования показаны для различных режимов ТО. Краевые пики 1.и 1.514 эВ относятся к переходам D+X и D0X соответственно. Исследования показали, что ТО при 800C в течение 3 ч, по-видимому, является оптимальным режимом. Данные по микроволновой фотопроводимости позволяют сделать аналогичное заключение.

Спектры ФЛ после TSC геттерирования пленками Y-Ni носят похожий характер, но краевая полоса имеет большую интенсивность (см. табл. 2). Следовательно, геттерирование пленками Y-Ni предпочтительнее для приборных применений. Спектры ФЛ после OSC геттерирования показаны на рис. 28, c. Видно, что акцепторная полоса превалирует в спектрах для непокрытых поверхностей для обеих температур отжига, в то же время в спектрах покрытых поверхностей преобладает Рис. 28. Спектры фотолюминесценции GaAs при 2 K для экситонная краевая полоса, которая наиболее ярко выраобразцов до и после термообработки: a и b — TSC гетжена после ТО при 700C. Таким образом, как следует терирование после удаления слоя толщиной 50 мкм; c — из рис. 28, c и табл. 2, геттерирование при более низкой OSC геттерирование. Режимы термообработки представлены температуре 700C предпочтительно.

в табл. 2.

Спектральные данные по образцам p-типа с p 1016-1017 см-3 при геттерировании пленками Y и Y-Ni также представлены в табл. 2.

объемный характер даже при покрытии пластины с одной стороны пленкой Y. Однако непокрытая поверхность, по-видимому, также вносит свой собственный 8. Заключение вклад в эффект геттерирования. Из рис. 27 видно, что распределение eff также однородно по глубине при ТО, Показано, что легирование растворов-расплавов РЗЭ как при 700C, так и при 800C, и eff на 30% больше в процессе LPE приводит к очистке эпитаксиальных при ТО 700C, чем при 800C. слоев InP, InGaAsP и InGaAs от фоновых примесей, Спектры фотолюминесценции при 2 K после TSC главным образом от элементов VI группы за счет геттерирования до и после ТО при 800C представлены их взаимодействия в жидкой фазе с РЗЭ, образона рис. 28, a, b. Как видно из рис. 28, a и данных табл. 2, вания высокотемпературных халькогенидов и выпадеспектр исходного GaAs (PGA-1in) содержит три пика ния их в шлак. Очистка материала подтверждается при 1.512, 1.487 и 1.45 эВ. Пик 1.512 эВ соответствует снижением концентрации носителей заряда в слоях связанному экситону на нейтральном акцепторе (A0X), до 1013 см-3 с одновременным возрастанием подвижа пик 1.487 эВ — с 2-дырочным переходом связанного ности до (7-10) · 104 см2 В-1 с-1 при 77 K, экситонной экситона с нейтральным акцептором Si [57]. До гет- структурой спектров краевой люминесценции, узкими терирования пик 1.487 эВ является основным, а после линиями спектров фотовозбуждения мелких доноров и Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 938 А.Т. Гореленок, А.В. Каманин, Н.М. Шмидт Таблица 2.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.