Главная Промышленная автоматика.

i i ! i

2 ❖

Толщина X, мкм

Рис. 2.11. Профили подвижности носителей в толстом буферном слое, измеренные при освещении (---) и в темноте (-) при

нет фоточувствительным. Сообщается, что транзисторы, которые были изготовлены с такими слоями, имели высокий коэффициент шума [49].

Для уменьшения этого эффекта, как и цля получения высокой подвижности слоя (рис. 2.11) на границе с активным слоем, целесообразно увеличивать толщину буферного слоя. С другой стороны, если толщина буферного слоя также важна, легированная область, о которой упоминалось, оказывается на уровне примерно 10"* см (см. рис. 2.9). В резуль-

77К. В типичном буферном слое (2-4 мкм) проведение измерений возможно только при освещении (40]

тате необходимо стремиться к оптимальной толщине буферного слоя, максимальная величина которой определяется появлением легированной области (приводящей к току утечки), а минимальная величина - толщиной, при которой в буферном слое превалирует влияние глубоких уровней. При такой оптимальной толщине (около 2 - 4 мкм) качество верхнего активного слоя и его перехода к буферному слою сохраняется, подвижность в этой точке примерно равна подвижности в основном активном слое (4500 - 5000 см(В-с)) для и = 10"см" при ЗООК (рис. 2.3 и 2.12). Так обстоит дело в лучшем случае. В действительности считается, что уменьшение подвижности в глубину от активного слоя приводит к ухудшению характеристик приборов.

2.3.5. ВЫРАЩИВАНИЕ АКТИВНОГО СЛОЯ Как отмечалось ранее, активный слой ПТШ должен иметь точно заданные уровни легирования и толщину (см. рис. 2.2), а также быть однородным по всей пластине. Требуется высокая подвижность носителей, поверхность слоя должна быть без дефектов.

Толщина и уровень легирования. Введение обычных легируюидих примесей в паровую фазу не представляет трудностей. Для получения проводимости н-типа может быть выбрана сера в элементарном виде или с использованием промыш-ленно вьшускаемого разбавленного H2S. При использовании элементарной серы 50


Рис. 2.12. Профили концентращ1и носителей п и подвижности м при комнатной температуре для активного слоя, выращенного на высокоомном буферном слое[54]



Рис. 2.13. Зависимости концентрации носителей от температуры источиика легирования (сера) для двух температур роста. Поток над источником лигатуры составляет 10% общего потока 56


ЗР 2,8 2,6 Д4

-1-1-;-I-г

80 100 120 МТ,0

уровень легирования контролируется по температуре; при изменении температуры источника серы в интервале 20-100° С уровень легирования изменяется на три порядка (рис. 2.13) от Ю до 5-10, сера превращается в H2S в ре-акгоре или в дополнительной печи при 800°С [55]. Можно использовать также селен, кремний или олово, например, введением SiCU в AsCb или олова в источник галлия; уровень легирования в последнем случае может задаваться молярной долей AsCb [23, 59]. С другой стороны, селен позволяет получать наиболее высокие уровни легирования (Ю") с высокой подвижностью [56]; такой слой может использоваться в качестве контактного в приборах с утопленным затвором (см. рис. 2.1).

Требование, чтобы толщина и уровень легирования слоя толщиной всего 250 нм были в ПТШ точно определенными, несколько затрудняет выращивание этого слоя. Отметим, что средняя скорость роста пленок при ЭПФ GaAs составляет ~10 -25мкм/ч (3 - 5 нм/с) , поэтому дпя выращивания слоя требуется всего около 1 мин. Это время отсчитывается после выращивания буферного слоя с момента введения в реактор дополнительного потока с соответствующим парциальным давлением легирующей примеси. При этом

будут происходить некоторые

Зона осакдения

нГ- ............................

asci3 Зона нелегиробания I-1

Зона N

.-10

20 22

Поло/кение попожки

Активный спай

Рис. 2.14. Схема метода, при котором подложка перемещается в процессе осаждения для выращивания структур активный слой - буферный слой 58]

переходные процессы, обусловленные гидродинамикой и диффузией через "застойный слой" [57], которые тяжело контролировать. Пример способа легирования приведен на рис. 2.14 [58]. В этом случае легирующая примесь вводится в нижнюю относительно потока часть зоны осаждения с относительно дчин-ным участком постоянной температуры. После выращивания буферного слоя в зоне входа потока, диффузия в которую легирующей примеси незначительна, подложка вдвигается в зону нижней части потока для выращивания активного слоя.



Это обеспечивает получение стабильных потоков и парциальных давлений и исключает отмеченные ранее гидродинамические проблемы. Таким образом обеспечивается получение структуры для ПТШ с хорошо контролируемой и резкой переходной областью.

Морфология эпитаксиальных слоев. Важным требованием является обеспечение эпитаксиального роста пленок без образования выступов, клипов, пирамид, террас и других микроскогшческих дефектов. Эти дефекты образуются в основном из-за локального загрязнения поверхности подложки окислами, пьшью и другими осадками, несовершенным качеством полировки или наличием дефектов в подложке.

Необходимо оптимизировать и обеспечить следующее: качество подложки (отсутствие микроосадков и включений), подготовку подложки, исключение возможности попадания в реактор пыли, оптимальное травление (поток, молярная доля AsCb, время) и правильный выбор начальных условий роста (без образования капель Ga, без аномального пересыщения) наряду с соответствующей разориентацией подложки (3 - 6°). Дело в том, что на точно ориентированной подложке (100) морфология пленок часто характеризуется дефектами, возникающими вследствие вторшшого зародышеоб-разования. На разориентированных плоскостях можно получать пленки почти совершенной зеркальной морфологии.

Однородность уровня легирования и толщины. Если не были приняты специальные меры, тонкие пленки получаются неоднородными по толщине. От одного края подложки к другому толщина слоя может изменяться на 20 -30%, Уровень легирования в этом направлении также изменяется, и по эшм двум причинам может наблюдаться дисперсия напряжения отсечки до Ш09?. В последние годы проводились соответствующие исследования с целью улучшения однородности характеристик пленок. При ЭПФ скорость роста пленок уменьшается в направлении потока вследствие истощения газовой фазы вдоль подложки. Чтобы уменьшить роль этого явления, необходимо учитывать гидродинамические особенности и механизмы роста. С одной стороны, были проведены исследования гидродинамики процессов для установления факта существования "застойного слоя" и его влияния иа рост пленки. Этот слой является своего рода экраном, сквозь который молекулы должны диффундировать для достижения поверхности кристалла. Можно изменить продольное распределение скорости газа и, как следствие, толщину застойного слоя путем смещения и расположения образца относительно оси потока (рис. 2,15), В направлении, перпендикулярном потоку, однородность застойного слоя зависит также от оптимальной величины В ~ отношения между, размерами держателя подложки и внутреннего диаметра реактора. Распределение скорости газов на уровне образца для различных значений 5 представлено на рис, 2.16 [57].

С другой стороны, ранее в работе по исследованию механизма роста пленок в системе AsClj-Ga было показано, что зависимость роста пленки от температуры осаждения может определяться диффузионными или кинетическими процессами.





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

0.0044