Главная Промышленная автоматика.

акцепторами Лд и глубокими уровнями. Для описания такого материала используется четырехуровневая модель компенсации [39, 40]:

«=Л/)"А4 +Аш-ЛШ (2-3)

где Nq, Npjj, Np - соответственно концентрации мелких доноров, глубоких доноров и глубоких акцепторов.

В AsCb-процессе обычно меньше Ад. Концентрация наиболее важного глубокого донорного уровня [41, 42], локализованного почти посередине запрещенной зоны, слабо зависит от условий роста пленок и составляет 5-10 - 210** см~. Чтобы получить высокоомные эпитаксиальные слои, необходимо зафиксировать уровень Ферми в середине запрещенной зоны уменьшением Np или увеличением Ад.

Остаточным мелким донором будет преимущественно кремний, неисчерпаемым источником которого являются стенки реактора. При взаимодействии кварца с гидрохлоридньгм газом образуются некоторые хлорсиланы;

Si02 +«HCl+(4-«)H22H20+SiH(4„)C;„. (2.4)

Они восстанавливаются и вводятся в поверхность образца в соответствии с уравнением равновесия:

SiH(4„)Cl„ + («- 2)Н2 ?«HC1 + Si. (2.5)

Термодинамический анализ [34] показывает, что суммарная концентрация кремния в паровой фазе падает с увеличением парциального давления НС1. Поэтому следует ожидать, и это наблюдалось экспериментально (см. рис. 2.6), что увеличение парциального давления AsCls, а следовательно, и НС1 уменьшает уровень фонового легирования. Необходимо уделять внимание также и другим мерам, которые приводят к уменьшению фонового легирования кремнием;

- добавлению небольшого количества кислорода [43], который подавляет взаимодействие с кварцевыми стенками, см. реакции (2.4);

- использованию низких температур роста (например, 630 С), что также замедляет это взаимодействие [19];

- использованию нейтральных газов-носителей (азот или аргон) [20, 44]. В этом случае взаимодействия (2.4) и (2.5) подавляются.

Как следует из уравнения (2.3), другим способом увеличения сопротивления буферного слоя является легирование глубокими акцепторами, такими как железо или хром. Железо вводится в газовую фазу в виде FeCl путем взаимодействия металлического железа с НС1 при 370 "550°С [45] и хром - в виде СгОгСЬ [46, 47].

В действительности такое описание процесса роста буферных слоев является весьма упрощенным, практически члены уравнения (2.3) меняются по толщине эпитаксиального слоя. Относительно толстый (больше или равный 5 мкм) буферный слой схематически состоит из (рис. 2.9);

1) и-слоя, соответствующего описанному случаю фонового легирования кремнием;




г 12

Толщина, мкм

Рис. 2.9. Профиль конпентрацин носителей для структуры активный слои - толстый буферный слой. Обычно для ПТМ! толщина буферной) слоя равна Z 4 мкм, проводящий слой (уровень 8-]-)") при лом от-сусгвург[27]

2) высокоомной области у грани-!1Ы раздела, где, например, Му --Nqi)>Nq ~ N. Существование высокоомной области, которую сложно исследовать, так как она является топкой и между ней и металлом возникает барьер п ~ полуизолятор и существуют поверхностные состояния, рассматривается в ряде работ [40, 48, 49]. Хотя однозгачно объяснить образование высокоомной области еще нельзя, предполагаются следующие причины ее появления:

а) примесь диффундирует из подложки;

б) поверхность подложки во время ее подготовки затрязняется примесью;

в) в начале процесса роста изменяются парциальные давления (основных продуктов или примесей).

В общем подложка содержит примеси, введеннтте или сознате.ано (как хром), или непреднамеренным образом (как кремний и углерг.д). Эти примеси будут перераспределяться во время термообработок, сопровождающих циклы эпитаксиального роста [50] . Эти явления (для некоторых типов примесей) иллюстрируются (рис. 2.10), результаты получсиь; путем вюрич-ной ионной масс-спектрометрии (ВИМС) на легироватп!ом хромом обращс GaAs, отожженном в водороде при 750 С (в течение 24 часов для выявления эффектов). Диффузия хрома исследовалась во мтюгих работах [51, 52], в которых показана возможность загрязнения эпитаксиалыгою слоя у границы раздела.

Однако, учитывая, что коэффициент диффузии хрома (см/с) определяется выражением [51 ]

/)=6,3-10-е--*/(> (--Ь)

(где кТ - выражается в эВ), и учитывая относительно низкие темпера!>ры роста (7£)<760°С) и малые времена диффузии (<30 мин) , нельзя получить длину диффузии, достаточную для объяснения появления высокоомной области. Необходимо предположить наличие анома-льной диффузии хрома. Имеются также некоторые свидетельства тою, что слин!ко.м болынис концентрации хрома (10 см~) или примесей с большим коэффициеншм



о:"

- +

j 1 L

Толщина, мкм


Толщина. мкм

Рис. 2.10, Профили рас1!редсления, полученные методом ВИМГ марганца, кремния, хрома и железа у поверхности полуизолирующей daAs подложки, компенсированной Сг и о:ожжсиной в водороде при 750° С в точение 24 часов 150

диффузии (нагфимер, Си) ухудшают качество зпитаксиального слоя. В связи с этим некоторые авторы [53] проводили предварительную проверку крис-T<uiJioB, которая заключалась в ускорении процессов перераспределения примесей пугем ионной бомбардировки (криптон) и высокотемпературного отжига (850 С). Другие авторы [52] используют 1еттерирование кристаллографических дефектов на не1[олированную сторону подложки.

Обрабогк.1 поверхности перед началом роста является другим фактором, кото1)ый иц)ает ро-пь в появлении высокоомной области. Влияние может быть следующим. Адсорбированный монослой, который всегда присутствует при хранении на возду.хе, должен легировать слой толщиной 1 мкм до Ш** см\ .Чепилная десорбция во время отжига и травления может приводить к компенсации, например, углеродом [40]. С другой стороны, стравленная то;щшна может соответствовать или не соответствовать толщине конвергированного поверхностного слоя (рис. 2.10) .

Можно заключить, что происхождение высокоомной области, по-видимому, имес! комплексный характер и в сильной степени зависит от условий работы.

При исслсловании качества высокоомного слоя установлено, что область раздела содержи г «(южество глубоких уровнен [40, 53]. Некоторые примеси, обус«[ов;1ивающие часть этих уровней, определены методами спектро-скопш глубоких уровней СГУ (DLTS) юш оптической токовой спектроскопией 0!С (OTCS). Подвижность электронов в этой резистивной облас-ги. хотя и «морить ее сложно, может быть довольно высокой. Из рис. 2.11 видна область постоянной подвижности и область уменьшения подвижности у границы раздела. Высокоомньш слой вблизи границы раздела должен быть нодходяишм для использования в качестве буферного слоя, однако накопление глубоких уровней увеличивает вероятность того, что он ста-





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [14] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0038