ГЛАВА 2

ЭПИТАКСИЯ СЛОЕВ ИЗ ПАРОВОЙ ФАЗЫ ДЛЯ GaAs ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Л. Холлам, д. Халлайс

В настоящее время особое внимание уделяется созданию арсенидо-гал-лиевых мапошумящих и мощных ПТШ, При получении необходимых для этого материалов надо добиваться низкой стоимости и высокого выхода годных приборов.

Вначале проведен анализ требований к характеристикам материалов. Исследовано несколько различных методов эпитаксиального выращивания пленок из паровой фазы (ЭПФ). Основное внимание уделено наиболее распространенному хлоридному методу с использованием AsCb. Последовательно излагаются различные методы выращивания пленок, параметры процессов и описывается технологическое оборудование. Эпитаксиальные структуры для ПТШ состоят по крайней мере из двух слоев - буферного и активного, поэтому рассматриваются особенности выращивания каждого из них.

2.1. ТРЕБОВАНИЯ К ХАРАКТЕРИСТИКАМ МАТЕРИАЛОВ

Полевой транзистор с барьером Шотки (Ca.\s ПТШ), схематически изображенный на рис. 2.1, состоит из двух омических контактов: истока и стока с барьером Шотки (затвор) между ними, расположенным на тонком проводящем активном слое, коюрый выращен на нолуизолирующей подложке. Принцип работы приборов основан на полном обеднении активного слоя

Лаборатория электроники и нриклад!1ой фи)ики, Лс-Мел1,, Франция

Рис. 2.1. Схематическое изображение GaAs ПТШ с утопленным затвором. Штриховые линии указывают границы обеднения в канале при нулевом смещении затвора (/) и при смещении, равном напряжению отсечки (2)

Омические контакты

п*-контакт- I Ьарьео ныи спои Исток шшки

ЗатОор

Стак

- \Jamaopy2

Актий»ыйт1Р~Р

BbwoKoOMHbiH буферный спои

Подложка из полуизолирующего GaAs

при подаче на затвор соответствующего напряжения обратного смещения (линия 2 на рис. 2.1), Это означает, что необ.ходима корреляция уровня легирования слоя материала и его толщины. Связь между уровнем легирования и толщиной слоя для различных напряжений отсечки приведена на рис. 2.2. Так, для напряже-нвд смещения - 2В (как в случае малошумящих ПТШ) толщина активного слоя должна быть 0,17 мкм для концентрации 1,5 • 10 см"или 0,13 мкм для 2,5-10 см"\

Коэффициент усиления транзистора возрастает с ростом произведения дн, где д - подвижность основных носителей. Поскольку произведение \хп растет с ростом п, этим объясняется стремление к получению максимального п и для выбранного п максимальной подвижности (например, для н = 1 • 10 см", д = 4600 см/(В • с); для другихп см. рис. 2.3) .

Однако, учитывая трудности получения, с одной стороны, очень малых толщин активного слоя, а с другой - реализации хороших барьеров на сильно легированном материале, приходится выбирать компромиссное решение. На рис. 2.2 указаны области значений параметров активного слоя, которые следует выбирать при создании малошумящих или мощных ПТШ [1 ].

Другой важной характеристикой транзистора является его шум на СВЧ. Шумовые составляющие обусловлены несколькими причинами, одна из них связана с качеством материала, точнее, границы раздела активного слоя и подоожки. Качество границы раздела влияет на подвижность носителей.

В настоящее время однозначно установлено, что увеличение или по крайней мере сохранение на постоянном уровне подвижности носителей у границы раздела необходимо для улучшения качества транзистора. Далее будет показано, что для уменьшения коэффициента шума ПТШ необходимо введение промежуточного, так называемого буферного, слоя толщиной в несколько микрометров, образующего экран между подложкой и границей

Рис. 2.2. Связь между толщиной и уровнем легирования активного слоя под затвором ПТШ для различных напряжений отсечки (Kj g). Зацггрихо-ваны области, рекомендуемые для малошумящих (7) и мощных ПТШ (2)

0,15 0,2 0,3 0,f 0,5 Толщина активного слоя, мкм

а) п,см-з

I

10 о;

/7. см

W 10

Phl ? Завис n\iuc!h л<с11еримсн!алы1ых исъшчи!! хо i ювской 11оивиж!ккги иосиюлси 01 копиейrp,u(hh j/kkipoiiob в л \s п 1И11а при konuiaiiioh iemnepdr>pe (а) и при гем !iepar>()e жи коо aior.i (сЛ Запп 11и\овапная оОлачь иоказыьач разброс данных Уделыюе еочроивзкнис раслчиыно i i>i максималыюю зн.теиия подвижности Исполь зовапы рез>1П.1агь1 из более чем 10 сык-и

раздела, являющейся источником шума Этот буферный слой должен иметь высокое conpoiiuiJicHHc xjh исключения токов утечки транзистора

Для изгоютлсний моищыч ipaHJHciopoB 1ребую1ся материалы с теми же свойствами, чш и для мллошумящих ПГШ, отличие состоит лишь в напряжении (мсечки (с м рие 2 2) О шо!)однос1ь шлщииы и>ровия 1е1ирования активного v юя скоСхнио в<1жна для мощных приГ)орт>п, в коюрых ширина jaiBopa можс! до(.1И1а1ь нескольких миллиметров

При ис[10льэонл!И11 !зх!о.101ии с утонлснным 1а.вором молио выраиш-bjtb и-коитак ьь!и с JIЩИ1ЮИ примерно 0.. \.км на активном слое или\bi4ii 1И11 i.) ццит актт!ы101 о елол (рсбуемад юлщипа k-iiid-iii исток i