WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 9 Исследование гетероэпитаксиальных структур {p-3C/n-6H}-SiC © А.А. Ледебев, Н.С. Савкина, А.С. Трегубова, М.П. Щеглов Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 16 декабря 1996 г. Принята к печати 13 февраля 1997 г.) Проведено исследование параметров гетероэпитаксиальных структур {3C/6H}-SiC. Гетероэпитаксиальный рост проводился методом сублимационной эпитаксии в открытой системе. Наличие политипа 3C было подтверждено рентгеновскими исследованиями. Проведены исследования вольт-фарадных и вольт-амперных характеристик и спектров электролюминесценции полученных p-n-структур. Было обнаружено, что в гетерополитипных структурах между p-3C-SiC и n-6H-SiC образовывался тонкий слабо легированный дефектный слой p-6H-SiC, который и определял электрофизические характеристики сформированных диодных структур.

Введение представлена рентгеновская топограмма гетероэпитаксиальной структуры {3C/6H}-SiC, из которой видно, Наличие большого числа политипов SiC, которые име- что рост карбида кремния политипа 3C носит островкоют одинаковый химический состав и в то же время могут вый характер, т. е. начинается одновременно не на всей значительно отличаться по своим электрофизическим плоскости подложки. Суммарная площадь островков в свойствам, делают карбид кремния перспективным маданном случае составляла 60 70% от площади подтериалом для создания различных гетероструктур. Ранее ложки ( 1см2). Как показали наши эксперименты, было показано [1], что изменяя соотношение Si/C в зоне с увеличением толщины слоя 3C-SiC идет разрастание роста, либо добавляя определенные примеси, методом отдельных островков, и полное смыкание их границ сублимационной эпитаксии можно получать гетерополиосуществляется при толщинах слоев 3 5мкм. Кроме типные пленки 3C-SiC или 4H-SiC на подложках 6H-SiC, выращенных по методу Лели. В работе [2] гетероэпитаксиальная структура {6H/3C}-SiC была выращена в установке молекулярно-лучевой эпитаксии с газофазным источником. Однако авторы работ [1,2] не приводили результатов исследований свойств полученных гетеропереходов.

Образцы В нашем случае гетероэпитаксиальный рост пленок 3C-SiC p-типа проводимости осуществлялся методом сублимационной эпитаксии (СЭ) на подложке 6H-SiC, полученного методом Лели, с предварительно выращенным СЭ слабо легированным (2 3) · 1016 см-слое 6H-SiC n-типа проводимости. Слой p-3C-SiC был легирован алюминием в процессе роста и имел толщину 2 5 мкм. Материал подложки имел концентрацию носителей Nd-Na 1018 см-3, ориентация подложек была (0001) Si.

Рентгеновские исследования Выращенные слои представляли собой карбид кремния политипа 3C, что подтверждалось рентгеновской дифрактометрией. Были получены кривые качания с полуширинами 10 и 24, соответствующие рефлексам (0006)6H и (111)3С в Cu K-излучении. СтрукРис. 1. Рентгеновская топограмма образца {3C/6H}-SiC с турное совершенство слоев оценивалось по топограмнеоднородным распределением дефектов в слое. Метод Ланга, мам, полученным методами рентгеновской топографии Mo K-излучение. 1 —островки 3C-SiC, формирующиеся на в разных геометрических условиях съемки. На рис. начальной стадии роста. Увеличение 8.5x.

1084 А.А. Ледебев, Н.С. Савкина, А.С. Трегубова, М.П. Щеглов Рис. 2. Вольт-фарадные характеристики необычных (1) и обычных (2) диодов при комнатной температуре.

того рентгеновские исследования показали структурную J = J0 exp(qU/kT ), с параметром порядка 1 1.7 в неоднородность в распределении дефектов в эпитакси- области малых токов (J 10-9 А) и 2 1.7 в области альном слое, что может приводить к различию электро- больших токов (J 10-5 А) (рис. 3). С увеличением физических параметров p-n-структур, сформированных температуры величина 2 изменялась от 1.73 до 1.56.

на основе данных эпитаксиальных слоев.

При токах > 10-3 А в прямом направлении становилась заметной электролюминесценция, спектр которой также отличался для обоих типов структур. В случае Исследование электрофизических обычных диодов спектр электролюминесценции состоял параметров полученных структур из характерной для диодов, полученных СЭ, широкой полосы с максимумом в желто-зеленой области спектра.

Формирование диодных структур происходило по В спектре электролюминесценции необычных диодов обычной технологической схеме, включающей в сепреобладал пик с максимумом 450 нм, связываемый бя формирование контактов к материалу n- и p-типа с рекомбинацией носителей на акцепторном уровне проводимости, маскирование алюминием и плазмохимическое травление. Полученные диоды имели диаметр 100 500 мкм. Часть структур имели обычные для структур на основе 6H-SiC, полученного СЭ, вольтфарадные (C-U) и вольт-амперные (J-U) характеристики, но со значительным омическим сопротивлением. Также были обнаружены ”необычные” диоды, C-U-характеристики которых также были линейны в координатах C-2-U, однако они имели излом при U и напряжение отсечки 1В (рис. 2). Концентрация носителей Nd-Na, определенная по данной характеристике, в области после излома была в 3 5 раз меньше, чем в области до излома. Последнее значение было близко к значению Nd-Na, определенному по C-U-характеристике ”обычных” диодов, и к значению Nd-Na в эпитаксиальном слое n-типа проводимости до выращивания пленки 3C-SiC.

Вольт-амперные характеристики1 необычных диодов имели стандартную экспоненциальную форму Рис. 3. Вольт-амперные характеристики необычных (1) и Вольт-амперные исследования данных структур были выполнены А.М. Стрельчуком.

обычных (2) диодов при комнатной температуре.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Исследование гетероэпитаксиальных структур {p-3C/n-6H}-SiC (как правило, фоновая концентрация Al в слоях, полученных СЭ, мала и такая электролюминесценция в p-n-структурах данного типа не наблюдается). При этом из-за сильной компенсации в данном слое положение уровня Ферми в нем было близко к середине зоны.

С учетом того, что в n-области глубина расположения уровня Ферми составляет 0.2 0.3эВ при комнатной температуре, величина контактной разности потенциалов данной p-n-структуры, определяемая как разность положений уровней Ферми в n- и p- областях диода, должна составлять 1 В, что и наблюдалось в эксперименте. Сильная дефектность этого слоя приводила также и к малым значениям пробоя данных структур.

Толщина буферного слоя, очевидно, соответствует толщине слоя объемного заряда, при котором наблюдался излом C-U-характеристик необычных диодов, т. е.

несколько десятых микрона. Таким образом, можно заключить, что в полученных гетерополитипных структурах между p-3C-SiC и n-6H-SiC образовывался тонкий Рис. 4. Спектр электролюминесценции необычного диода при дефектный слой -6H-SiC, который и определял электроплотности прямого тока 40 А/см2.

физические характеристики сформированных диодных структур.

Вработе [5] было показано, что изменение соотношеAl [3], и пик с максимумом 425 нм, связываемый с ния Si/C в ростовой ячейке и увеличение скорости роста рекомбинацией свободного экситона [4] (рис. 4). В при гетероэпитаксии n-3C-SiC на n-6H-SiC приводит к спектре электролюминесценции обоих типов диодов отповышению степени структурного совершенства пересутствовали какие-либо максимумы, которые, согласно ходной области между подложкой 6H-SiC и выращенным литературным данным, можно было бы связать с рекомслоем 3C-SiC. Таким образом, представляется возможбинацией носителей в 3C-SiC. Пробой диодов начинался ным, что после оптимизации технологических условий при напряжениях Ubr = 2030 В (что было существенно роста можно будет уменьшить толщину дефектной обламеньше величины Ubr, соответствующей концентрациям сти и получать диоды, электрофизические свойства котоNd-Na, определенным из C-U-характеристик), носил рых будут связаны с гетеропереходом p+-3C/n-6H.

резкий и обратимый характер.

Часть работы выполнена при поддержке Университета Аризоны (США).

Обсуждение результатов Список литературы Полученные экспериментальные результаты, с нашей точки зрения, можно объяснить следующим образом. На [1] Ю.А. Водаков, Г.А. Ломакина, Е.Н. Мохов. ФТП, 24, всей площади подложки между n-6H-SiC и p-3C-SiC обра- (1982).

[2] E.L. Kern, D.W. Hamill, H.W. Dum, U.D. Shuts. Mater. Res.

зовывался слаболегированный и сильнодефектный слой Bull., 4, 25 (1989).

6H-SiC p-типа проводимости. В случае обычных диодов, [3] W. von Munch, W. Kukzinder. Sol. St. Electron., 21, находящихся вне островков роста, образовавшихся на (1978).

начальной стадии эпитаксии, эта дефектная область на[4] M. Ikeda, T. Haykava, S. Ymagiva, H. Matsunami, T. Tanaka. J.

ходилась в глубине выращенного эпитаксиального слоя и Appl. Phys., 50, 8215 (1979).

увеличивала омическое сопротивление диода. При этом [5] A.N. Andreev, A.S. Tregubova, M.P. Scheglov, V.E. Chelnokov.

непосредственно на n-6H-SiC образовывался p-6H-SiC и Abstracts E-MRS 1996 Spring Conference (Strasburg, 1996) характеристики обычных диодов практически не отли- A-5.

чались от стандартных характеристик p-n-структур на Редактор Л.В. Шаронова основе 6H-SiC, выращенного методом СЭ.

В случае необычных диодов буферный дефектный слой рос непосредственно на n-6H-SiC и совпадал с металлургической границей p-n-перехода. При включении необычных диодов в прямом направлении происходила инжекция электронов в дефектный слой, что приводило к рекомбинации носителей на акцепторных уровнях алюминия и появлению голубой электролюминесценции Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 1086 А.А. Ледебев, Н.С. Савкина, А.С. Трегубова, М.П. Щеглов Investigation of heteroepitaxial {p-3C/n-6H}-SiC structures A.A. Lebedev, N.S. Savkina, A.S. Tregubova, M.P. Scheglov A.F. Ioffe Physicotechnical Institute Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia

Abstract

The objective of the present work was to prepare heterojunctions in the {3C/6H}-SiC system and to study their parameters. Growth was carried out using sublimation epitaxy in an open system. The presence of 3C-SiC in the prepared structures was confirmed by X-ray diffraction. Parameters of the p-n junctions were investigated by current–voltage and capacitance– voltage characteristics and electroluminescence spectra. It has been shown that there appeared a thin intermidiate low-doped and defect p-6H-SiC layer between p-3C-SiC and n-6H-SiC, which determined properties of the growh p-n-structures.

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.