WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 9 Исследование параметров глубоких центров в эпитаксиальных слоях n-6H SiC, полученных газофазной эпитаксией © А.А. Лебедев, Д.В. Давыдов Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 28 ноября 1996 г. Принята к печати 13 февраля 1997 г.) Методами емкостной спектроскопии проведено исследование эпитаксиальных слоев 6H-SiC, полученных газофазной эпитаксией. Показано, что в исследованных образцах имеются те же глубокие центры, которые ранее были обнаружены в эпитаксиальных слоях SiC, полученных сублимационной эпитаксией. Однако суммарная концентрация глубоких акцепторов в структурах, изготовленных газофазной эпитаксией, на 2 3 порядка меньше, чем в эпитаксиальных пленках, полученных сублимационной эпитаксией при том же значении Nd-Na. Высказываются предположения о возможном влиянии условий роста эпитаксиальных слоев на концентрацию и тип образующихся в них дефектов.

Введение лись напылением металлических пленок Ni — к слоям n-типа и пленок системы [Al + Mo + Au] — к слоям В последние годы методом газофазной эпитаксии p-типа с последующим вжиганием при температурах (ГФЭ) были получены достаточно чистые эпитаксиаль- 1000 и 1900C соответственно.

ные пленки (Nd Na 1013 1014 см-3), что позволило Вольт-фарадные характеристики. Концентрация создать на их основе диодные структуры с напряжением нескомпенсированной донорной примеси, а также вепробоя (Ubr) до нескольких киловольт [1,2]. В то же личина контактной разности потенциалов Ud определявремя рекордные значения Ubr были достигнуты на струклись методом вольт-фарадных характеристик. Для случая турах с малыми рабочими площадями ( 10-4 см2), и резкого асимметричного p-n-перехода величина напряпробой в них наблюдался при существенно меньших жения емкостной отсечки Uc определяется экстраполянапряжения, чем это можно было ожидать для критицией линейной зависимости C-2-U к C-2 = 0, где ческой напряженности электрического поля в слоях с C — дифференциальная емкость p-n-перехода, а U — таким значением Nd-Na. Ранее было показано, что напряжение на структуре. Величина Uc связана с конслои, изготовленные методом ГФЭ, как правило, имеют тактной разностью потенциалов Ud соотношением [6] высокую плотность дислокаций ( 103 104 см-2), т. е.

Uc = Ud - 2kT /e, где k — постоянная Больцмана, T — на 1-2 порядка большую, чем эпитаксиальные слои, температура. Было обнаружено что, экспериментальная полученные сублимационной эпитаксией (СЭ) [3]. Известно также, что центры с глубокими уровнями (ГЦ) могут оказывать существенное влияние на величину напряжения пробоя p-n-структур на основе SiC и его температурную зависимость [4]. Таким образом, исследование параметров, компенсирующих ГЦ в слабо легированных слоях карбида кремния на основе ГФЭ, является в настоящее время актуальной задачей.

Методика эксперимента Образцы. Исследовавшиеся в настоящей работе p-n-переходы были сформированы на грани (0001) монокристаллических подложек карбида кремния политипа 6H. Были исследованы p-n-переходы, изготовленные методом ГФЭ фирмой CREE (США) (ГФЭ p-n-структуры), а также структуры, полученные сублимационным выращиванием p+-эмиттера на слоях фирмы CREE n-типа проводимости [5] (ГФЭ–СЭ Рис. 1. Зависимости контактной разности потенциалов для p-n-структуры).

6H-SiC p-n-структур от концентрации Nd - Na в базе при В обоих случаях легирующей примесью служили Al T = 300 K; расчетные зависимости при значениях Eg, эВ:

(p-тип) иN(n-тип проводимости). Толщина эпитаксиаль- 1 — 3.07, 2 — 2.86. Экспериментальные значения для ных слоев p-типа составляла 1 2 мкм, а толщина слоев p-n-структур, полученных методами: 3 — газофазной эпитакn-типа — 5 10 мкм. Омические контакты формирова- сии, 4 — ГФЭ совместно с сублимационной эпитаксией.

1050 А.А. Лебедев, Д.В. Давыдов Рис. 2. Типичный DLTS-спектр p-n-структуры, изготовленной газофазной эпитаксией (для параметров спектра t1 = 10 мс, n = 3).

Спектр измерялся: 1 — после инжекции дырок через металлургическую границу p-n-перехода, 2 — без инжекции.

величина концентрации нескомпенсированной донорной мость центров с энергией Ena от Nd-Na (рис. 3). Однако примеси (Nd -Na) была равна величине Nd-Na, получен- концентрация обнаруженных глубоких акцепторных ценной из измерений емкости барьеров Шоттки, которые тров в ГФЭ p-n-структурах оказалась на 2 3 порядка формировались на поверхности n-слоя перед ростом меньше, чем в СЭ структурах с таким же значением p+-эмиттера, или величине Nd-Na, взятой из специфи- Nd-Na. Так, перекомпенсация ГФЭ слоев не наступала кации. C-U-характеристики, построенные в координатах вплоть до Nd-Na 1014 см-3.

C-2-U были линейны в исследованном интервале напря- Обсуждение результатов. Максимальную конценжений. трацию в исследовавшихся ГФЭ структурах имели Полученные значения Ud представлены на рис. 1. i-центров и близкие к ним по параметрам и свойНа рисунке также построены расчетные зависимости ствам D-центры. Ранее наличие i-центров было обнаUd = F(Nd-Na) для двух значений ширины запрещенной ружено в кристаллах 6H-SiC, облученных ионами Al зоны: 2.86 и 3.07 эВ. Ранее было показано [7], что рас- и в специально не легированных СЭ слоях SiC [11].

четное значение величины Ud для 6H-SiC p-n-структур, Введение скандия также приводило к образованию в полученных различными технологическими методами, 6H-SiC данного центра и к появлению ”дефектной” находится в лучшем соответствии с экспериментом, если люминесценции (ДЭЛ) (hvmax 2.35 эВ) [12]. Было ширина запрещенной зоны 6H-SiC принималась равной показано, что все характеристики ДЭЛ можно описать на Eg = 2.86 эВ. Как видно из рис. 1, подобное соответствие основе донорно-акцепторной рекомбинационной модели:

сохранилось также и для ГФЭ и ГФЭ–СЭ p-n-структур. примесь азота –i-центр [13]. Известно также, что к появлению ДЭЛ приводит облучение SiC электронами, нейтронами и некоторыми видами ионов [14]. Таким Полученные результаты образом, образование i-центра не связано с каким-либо и их обсуждение Глубокие уровни. Параметры глубоких центров в исследовавшихся p-n-стуктурах определялись методами релаксационной спектроскопии глубоких уровней (DLTS) и i-DLTS [8,9] (рис. 2). В ГФЭ p-n — структурах были обнаружены в основном те же глубокие уровни, которые ранее обнаруживались в образцах пленок, полученных ГФЭ. Суммарная концентрация обнаруженных глубоких акцепторных центров с энергией Ena была примерно на порядок выше, чем концентрация глубоких доноров.

Ранее было показано, что концентрация ГЦ с энергией активации Ena в СЭ p-n-структурах, в которых Nd-Na = 1017 см-3, составляла 10 30% от Nd-Na [10].

С изменением величины Nd-Na в эпитаксиальном слое концентрация ГЦ с энергией Ena также незначительно изменялась: так, при Nd-Na = 1018 см-3 компенсация, вызванная ими, составляла менее 3%, а при Рис. 3. Зависимость суммарной концентрации глубоких Nd-Na = 1016 см-3 наблюдалась перекомпенсация эпиакцепторов от величины Nd-Na в эпитаксиальных слоях таксиальных слоев. Это обстоятельство затрудняло поp-n-структур, полученных методами: 1 — газофазной эпилучение эпитаксиальных слоев с Nd-Na 1016 см-3. В таксии, 2 — сублимационной эпитаксии. Сплошная линия ГФЭ p-n-структурах мы наблюдали подобную зависи- соответствует концентарции акцепторов, когда Na = 0.5Nd.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Исследование параметров глубоких центров в эпитаксиальных слоях n-6H SiC... одним типом примеси, а может быть вызвано разными [4] A.A. Lebedev, A.M. Strel’chuk, S. Ortolland, C. Raynaud, M.L. Locatelli, D. Planson, J.P. Chante. Inst. Phys. Conf. (IOP, причинами, в том числе облучением. Это указывает на Bristol, 1996) № 142, Chapter 4, p. 701.

чисто дефектную природу центра.

[5] N.S. Savkina, A.A. Lebedev, M.G. Rastegaeva, В [15] при рентгеновских исследованиях p-n-структур A.M. Strel’chuk, A.A. Mal’tsev, V.E. Chelnokov, N.K. Poletaev.

на основе SiC, полученных по различным технологиям на Inst. Phys. Conf. (IOP, Bristol, 1996) N 142, Chapter 3, основе СЭ слоев, было обнаружено, что минимальные p. 501.

полуширины рентгеновских пиков в основном приходят[6] G.G.B. Garret, W.H. Brattain. Phys. Rev. B, 19, 376 (1970).

ся на образцы с максимальной интенсивностью ДЭЛ (вы[7] А.А. Лебедев, Д.В. Давыдов, К.И. Игнатьев. ФТП, 30, сокой концентрацией i-центров). Там же было высказано (1996).

предположение, что образование центров — активаторов [8] D.V. Lang. J. Appl. Phys., 45, 3023 (1974).

ДЭЛ — происходит при релаксации напряжений в эпи- [9] Н.И. Кузнецов. ПТЭ, N 6, 163 (1990).

[10] A.A. Lebedev, V.E. Chelnokov. Diamond films and Related таксиальном слое, например в процессе его роста или Mater., 3, 1393 (1994).

облучения с последующим отжигом.

[11] М.М. Аникин, А.А. Лебедев, А.Л. Сыркин, А.В. Суворов.

Рост ГФЭ слоев SiC происходит при существенно ФТП, 19, 114 (1985).

более низких температурах ( 1500C) чем в случае [12] В.С. Баландович. ФТП, 25, 287 (1992).

СЭ слоев (2000C). Таким образом, можно предполо[13] А.Н. Андреев, М.М. Аникин, А.А. Лебедев, Н.К. Полетаев, жить, что при газофазной эпитаксии еще не существует А.М. Стрельчук, А.Л. Сыркин, В.Е. Челноков. ФТП, 28, условий для релаксации напряжений через образование (1994).

i-центров и других аналогичных дефектов акцепторной [14] В.В. Макаров, Н.Н. Петров. ФТТ, 8, 1272 (1966).

природы. Такая релаксация в данном случае может про- [15] А.А. Лебедев, М.П. Щеглов, Т.В. Соколова. Письма ЖТФ, исходить, например, за счет образования большого числа 16, 49 (1995).

дислокаций. Такое предположение объясняет наблюдавРедактор Т.А. Полянская шуюся меньшую концентрацию глубоких акцепторных уровней и большую плотность дислокаций в ГФЭ слоях Investigation of the deep centers SiC по сравнению со слоями, полученными сублимациparameters in SiC epilayers grown by онной эпитаксией.

chemical vapor deposition.

A.A. Lebedev, D.V. Davydov.

Заключение A.F. Ioffe Physicotechnical Institute, На основании проведенной работы можно сделать Russian Academy of Sciences, следующие выводы. 194021 St. Petersburg, Russia.

1. Расчетное значение контактной разности потенциалов для ГФЭ p-n-структур, полученное с исполь-

Abstract

6H-SiC epilayers, grown by chemical vapor deposition зованием величины запрещенной зоны 6H-SiC равной (CVD) have been investigated by the capacitance spectroscopy 2.86 эВ, лучше соответствует экспериментальным значе- method. It was shown that in these epilayers are the same deep ниям, так же как и для других типов ранее исследованных levels as those found in epilayers grown by sublimation epitaxy.

p-n-структур на основе SiC. But the total concentration of deep acceptors in CVD epilayers are 2. В ГФЭ p-n-структурах обнаружены глубокие акце- by 2–3 orders less than in epilayers grown by sublimation epitaxy.

пторные уровни, которые были ранее обнаружены в СЭ The influence of growth conditions on the type and concentration структурах, однако суммарная концентрация глубоких of defects in epilayers is discused.

акцепторов в ГФЭ структурах на 2 3 порядка меньше, чем в СЭ структурах с аналогичным значением Nd-Na.

Часть работы была выполнена при поддержке Аризонского университета (США) и гранта INTAS 93-543.

Список литературы [1] J.W. Palmor, J.A. Edmond, H.S. Kong, C.H. Carter, Jr. Physica B, 185, 461 (1993).

[2] O. Kordina, J.P. Bergman, A. Henry, E. Jansen, S. Savage, J. Andre, L.P. Ramberg, U. Lindefelt, W. Hermansson, K. Bergman. Appl. Phys. Lett., 67, 1561 (1995).

[3] A.A. Lebedev, A.S. Tregubova, A.A. Glagovskii, M.P. Scheglov, V.E. Chelnokov. Abstracts E-MRS Conf. June 4–7, Strasbourg, France (1996) p. A-15.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, №




© 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.