WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 10 Структурные дефекты и глубокие центры в эпитаксиальных слоях 4H-SiC, выращенных методом сублимационной эпитаксии в вакууме © А.А. Лебедев, Д.В. Давыдов, Н.С. Савкина, А.С. Трегубова, М.П. Щеглов, Р. Якимова, M. Syvjrvi, E. Janzn Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Университет Линчёпинга, S-58183 Линчёпинг, Щвеция (Получена 31 марта 2000 г. Принята к печати 3 апреля 2000 г.) Проведено исследование параметров глубоких центров в слабо легированных слоях 4H-SiC, выращенных методами сублимационной эпитаксии и CVD. Обнаружено два глубоких центра с уровнями энергии Ec-0.18 эВ и Ec-0.65 эВ (центр Z1), которые предположительно связаны со структурными дефектами кристаллической решетки SiC. Показано, что концентрация центра Z1 уменьшалась с уменьшением концентрации нескомпенсированных доноров Nd - Na в исследованных слоях. При одинаковом значении Nd - Na она оказывалась меньше в слоях с большей плотностью дислокаций.

1. Введение Толщина n-слоя составляла 5-7 мкм, либо 30 мкм (для слоев, выращенных в LiU), толщина подложек около Известно, что центры с глубокими уровнями (ГЦ) ока- 400 мкм. На поверхности эпитаксиальных слоев метозывают влияние на такие параметры полупроводниковых дом магнитронного распыления Ni были сформированы приборов, как время жизни неосновных носителей заря- диоды Шоттки с диаметрами 400-800 мкм. Омические да, токи утечки, величина и температурный коэффициент контакты на обратной стороне подложки были полученапряжения пробоя p-n-структур. Известно также, что ны вжиганием слоя напыленного Ni при температуре кроме атомов примесей источником образования ГЦ мо- 1000C в вакууме.

гут быть собственные дефекты кристаллической решетки полупроводника. Поэтому для оптимизации параметров 3. Эксперимент приборов необходимо исследовать влияние структурных дефектов на спектр ГЦ в запрещенной зоне. Особенно 3.1. Рентгеновские данные актуальными такие исследования являются для карбиВ промышленно изготавливаемых МЛ подложках да кремния, где собственные дефекты входят в состав SiC плотность дислокаций, как правило, составляпрактически всех известных ГЦ [1] (или полностью ет 104-106 см-2, кроме того, в них присутствуют образуют их).

протяженные микроканалы ”микропайпы” (micropipes).

Цель настоящей работы — сравнительное исследоС использованием ”классического” метода Лели возможвание спектра ГЦ в эпитаксиальных пленках 4H-SiC, но получение подложек SiC с плотностью дислокаций полученных сублимационной эпитаксией с использова10-104 см-2 при отсутствии микропайпов [8]. Однанием подложек SiC с различной степенью структурного ко подложки Лели имеют маленькую площадь (менее совершенства.

1.5 см2), кроме того данным методом крайне редко удается вырастить кристаллы политипа 4H, наиболее перспек2. Образцы тивные для создания полупроводниковых приборов, что делает их промышленное применение неперспективным.

Основой для выращивания эпитаксиальных слоев Ранее [9,10] на основании рентгеновских исследований являлись подложки SiC, полученные по методу Лели [2] МЛ подложек 6H- и 4H-SiC до и после выращивания и модифицированному методу Лели (МЛ подложки) [3].

эпитаксиального слоя методом СЭ, было показано, что В качестве МЛ подложек были использованы кристаллы, структурное совершенство слоя может быть выше, чем коммерчески выпускаемые фирмой CREE [4], а так- у подложки, использовавшейся при росте. Согласно данже изготовленные в Санкт-Петербургском электротех- ным сканирующей электронной микроскопии, наблюданическом государственном университете (СПбЭГТУ). лось полное заращивание мелких дефектов и частичПодложки Лели изготовлены на Подольском химико- ное ”залечивание” крупных дефектов подложки (макрометаллургическом заводе (ПХМЗ) [5]. Эпитаксиальные пайпов). В то же время в эпитаксиальных слоях SiC, слои выращивались в Физико-техническом институте выращенных методом CVD, существенного уменьшения им. А.Ф. Иоффе (ФТИ) [6] и в Университете Лин- плотности дислокаций не наблюдалось.

чёпинга, Швеция (LiU) [7] методом сублимационной В настоящей работе структурное совершенство подэпитаксии (СЭ), а также методом газофазовой эпитаксии ложек с уже выращенными эпитаксиальными слоя(CVD — chemical vapor deposition) фирмой CREE [4]. ми также оценивалось рентгеновской дифрактометрией 1184 А.А. Лебедев, Д.В. Давыдов, Н.С. Савкина, А.С. Трегубова, М.П. Щеглов, Р. Якимова...

Параметры исследованных эпитаксиальных структур Ndc, см-Метод (место), в рефлексе изготовления Образец Nd - Na, см-Z1 (Ec - 0.7эВ), Ec - 0.18 эВ, (101.7) n = 10-14 см-2 n = 4 · 10-15 см-подложки слоя S-187 МЛ (СПбЭГТУ) СЭ (ФТИ) 4.5 · 1016 20–250 1.5 · 1014 < S-002 Лели (ПХМЗ) СЭ (ФТИ) 3.1 · 1016 8–9 6 · 1014 < V0017-4 МЛ (CREE) CVD (CREE) 1.5 · 1016 50–60 < 1013 < CS189 МЛ (CREE) СЭ (LiU) 1.05 · 1016 12–30 2.5 · 1014 < CS220 МЛ (CREE) СЭ (LiU) 3.4 · 1015 8–15 3.5 · 1013 3.2 · CS219 МЛ (CREE) СЭ (LiU) 2 · 1015 12–30 3.5 · 1013 6 · Примечание. МЛ — модифицированный метод Лели, СЭ — метод сублимационной эпитаксии, CVD — метод газофазной эпитаксии; Ndc — концентрация обнаруженных глубоких центров.

в асимметричном рефлексе (101.7 CuK) в режиме ных слоев на подложках, полученных методом Лели, -сканирования. Глубина формирования дифракционно- обеспечивается за счет структурного совершенства этих го максимума для данного рефлекса ( 5мкм) не подложек. Таким образом, можно заключить, что подпревышает толщину эпитаксиальных слоев. Результаты ложки образцов серии CS должны быть слабо нарушены.

измерений представлены в таблице. В полуширинах, полученных на образце S-187, наблюКак видно из таблицы, значения полуширин кривых ка- дается большой разброс значений, который указывает чания () для СЭ слоев образцов CS189, CS220, CS219 на слишком неоднородное распределение дефектов в незначительно отличаются от образца S-002, со слоем на подложке. Для образца V0017-4 с эпитаксиальным слоподложке Лели, имеющим наилучшую характеристику ем, изготовленным методом CVD, значение полуширин эпитаксиального слоя. Высокое качество эпитаксиаль- заметно увеличено.

Рис. 1. Зависимости Аррениуса для обнаруженных глубоких центров: Z1 (1, 3), Ec-0.18 эВ (2, 4) в образцах (см. таблицу):

(1, 2) — CS 219, 3 — S-187, 4 — S-187 после облучения протонами с энергией 8 Мэв.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Структурные дефекты и глубокие центры в эпитаксиальных слоях 4H-SiC, выращенных... 3.2. Вольт-фарадные характеристики (C-U) эпитаксиальный слой был выращен методом CVD и для и DLTS-измерения него величина была выше, чем у использовавшейся подложки, а во втором для выращивания слоя методом Измерение C-U-характеристик производилось на СЭ использовалась подложка с низким структурным стандартной установке с параллельной схемой замещесовершенством.

ния и синусоидальной частотой 10 кГц. Определенные Можно также отметить, что концентрация центра с из C-U-характеристик концентрации нескомпенсировануровнем энергии Ec - (0.160.18) эВ, наоборот, росла с ных доноров (Nd - Na) и концентрации обнаруженных уменьшением величны Nd - Na в слое, однако данных по центров, определенных из амплитуд DLTS-сигнала, в этому центру (в томчисле и в литературе) недостаточно образцах различных типов представлены в таблице.

для установления четкой корреляции.

При исследовании глубоких центров (ГЦ) в верхней половине запрещенной зоны было обнаружено два типа ловушек с уровнями энергии: Ec-(0.160.18) эВ и 4. Обсуждение результатов Ec-0.65 эВ. Последний известен в литературе как центр Z1 [11]. На рис. 1 представлены зависимости Аррениуса Как следует из полученных рентгеновских данных, для обнаруженных ГЦ. Как видно из рисунка, наблюда- структурное совершенство СЭ слоев 4H-SiC не уступает ется совпадение времен перезарядки центра Z1 во ФТИ- структурному совершенству использовавшихся для их и LiU-слоях, изготовленных в ФТИ им. А.Ф. Иоффе и роста МЛ подложек. В процессе сублимационного роста Университете Линчёпинга соответственно. Тождествен- образования новых дислокаций не происходит. Таким ность параметров этого центра в слоях выращенных образом, можно сделать вывод о структурных свойствах в разных установках, имеющих различный примесный эпитаксиальных слоев 4H-SiC, выращенных методом СЭ, состав паровой фазы, подчеркивает его чисто дефектный аналогичный выводу для СЭ слоев 6H-SiC.

характер. Более мелкий центр не был обнаружен в образ- Согласно данным ЭПР [10,11], оба из обнаруженных цах S-002 и S-187, однако после облучения протонами глубоких центров в СЭ слоях 4H-SiC связаны со струкобразца S-187 там появлялся центр с очень близкими турными дефектами решетки. Более мелкий центр являпараметрами [12].

ется элементарным дефектом — одиночной вакансией в На рис. 2 представлена зависимость концентрации подрешетке кремния или межузельным атомом, а центр центра Z1 (NZ1) от величины Nd - Na в исследовавшихся Z1 — вакансией в подрешетке углерода.

в настоящей работе образцах. Как видно из рисунка, для Ранее в работе [13] для 6H-SiC было показано, что при большинства структур характерно увеличение концен- одинаковых значениях Nd - Na концентрация глубоких трации центра Z1 с ростом величины Nd - Na. Из общей центров для СЭ слоев на 2-3 порядка выше, чем для зависимости выпадает образец V0017-4 (где этот центр CVD-слоев, и при этом полуширина для CVD-слоя не был обнаружен), а также S-187 (где концентрация Zбольше. В работе [13] высказывалось предположение, оказалась значительно меньше, чем можно было ожидать что поскольку при CVD-эпитаксии рост слоев SiC произ величины Nd - Na). Отметим, что в первом случае исходит при существенно более низких температурах, чем при СЭ ( 1500 и 2000C соответственно), то в CVD-слоях еще не существует условий для релаксации напряжений через образование освязанных со структурными дефектами ГЦ. Такая релаксация в данном случае может происходить, например, за счет образования большого числа дислокаций. Другими словами, дислокации, образующиеся в процессе роста CVD-слоя, являются стоком для элементарных дефектов решетки. В СЭ слое такой сток отсутствует и данные дефекты образуют электрически активные ГЦ. Такое предположение объясняет наблюдавшуюся в настоящей работе меньшую концентрацию глубоких уровней и большую плотность дислокаций в CVD-слоях 4H-SiC по сравнению со слоями, полученными сублимационной эпитаксией.

5. Заключение Проведенные исследования подтверждают ранее обнаруженную для слоев 6H-SiC взаимосвязь между плотностью дислокаций, концентрацией нескомпенсированных доноров и концентрациями глубоких центров в Рис. 2. Зависимость концентрации центра Z1 от величины Nd - Na в исследованных образцах. эпитаксиальных слоях 4H-SiC. Согласно полученным 3 Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 1186 А.А. Лебедев, Д.В. Давыдов, Н.С. Савкина, А.С. Трегубова, М.П. Щеглов, Р. Якимова...

данным, концентрация характерного фонового центра Z1 Structure imperfections and deep centers в 4H-SiC уменьшалась с уменьшением величины Nd -Na.

in 4H-SiC epilayers grown by sublimation При одинаковом значении Nd - Na она оказывалась меньepitaxy in vacuum ше в слоях с большой плотностью дислокаций.

A.A. Lebedev, D.V. Davydov, N.S. Savkina, A.S. Tregubova, M.P. Scheglov, R. Yakimova, Список литературы M. Syvjrvi, E. Janen [1] А.А. Лебедев. ФТП, 33, 129 (1999). Ioffe Physicotechnical Institute [2] J.A. Lely. Ber. Dt. Keram. Ges., 55, 229 (1955).

Russian Academy of Sciences, [3] Yu.M. Tairov, V.F. Tsvetkov, J. Cryst. Growth, 43, 209 (1978).

194021 St. Petersburg, Russia [4] J.W. Palmor, J.A. Edmond, H.S. Kong, C.H. Carter,Jr. Physi- Linkping University, ca B, 185, 461 (1993).

S-58183 Linkping, Sweden [5] А.А. Глаговский, Е.В. Грановский, А.К. Дроздов, В.М. Ефимов, Г.Я. Скринникова, Б.В. Смирнов, М.Г. Траваджан,

Abstract

Parameters of deep centers in low doped 4H-SiC epiМ.П. Чертков, В.А. Шевченко. Матер. 2-й Всес. конф.

layers grown by sublimation epitaxy and CVD, were investigated.

по физике широкозонных полупроводников (Л., ЛЭТИ, Two deep centers Ec-0.18 eV and Ec-0.65 eV (centr Z1) have 1980) c. 226.

[6] N.S. Savkina, A.A. Lebedev, D.V. Davydov, A.M. Strel’chuk, been observed, which can be connected with structural defects of A.S. Tregubova, M.A. Yagovkina. Mater. Sci. Eng. B, 61–62, the SiC crystal lattice. It was shown that concentration of Z1centre 165 (1999).

decreased with diminishing the Nd - Na value in epilayers. In the [7] M. Syvjrvi, R. Yakimova, M. Tuominen, A. Kakanakovacase of equal values of Nd - Na, the Z1 concentration was less in Georgieva, M.F. MacMillan, A. Henry, Q. Wahab, E. Janzn.

epilayers of a hiher dislocation density.

J. Cryst. Growth., 197, 155 (1999).

[8] A.A. Lebedev, A.S. Tregubova, V.E. Chelnokov, M.P. Scheglov, A.A. Glagovskii. Mater. Sci. Eng. B, 46, 291 (1997).

[9] N.S. Savkina, A.A. Lebedev, A.S. Tregubova, M.P. Scheglov.

Abstracts Int. Conf. on Silicon Carbide and Rel. Mater.

(October 10–15, 1999, Research Tringle park, NC, USA) No 368.

[10] M. Tuominen, R. Yakimova, M. Syvjrvi, E. Janzn. Mater.

Sci. Eng. B, 61-62, 167 (1999).

[11] T. Dalibor, G. Pensl, H. Matsunami, T. Kimoto, W.J. Choyke, A. Schoner, N. Nordel. Phys. St. Sol. (a), 162, 199 (1997).

[12] А.А. Лебедев, А.И. Вейнгер, Д.В. Давыдов, Н.С. Савкина, А.М. Стрельчук, В.В. Козловский. ФТП, 34(9), 39 (2000).

[13] А.А. Лебедев, Д.В. Давыдов. ФТП, 31, 1049 (1997).




© 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.