Главная Промышленная автоматика.

водятся при постоянной температуре, обычно равной 77 К. Ловушки заполняются, когда образец подвергается облучению низкой интенсивности постоянного уровня. Ловушки затем селективно опустошаются под воздействием "зондирующего" излучения с переключающейся длиной волны от низкой до высокой энергии. Емкостной сигнал дифференцируется. Спектр ДЦФ представляет зависимость dCjdt от энергии фотона. Положительный пик соответствует электронной ловушке, а отрицательный пик - дырочной ловушке в материале и-типа. Преимуществами этого метода перед методом СГУ являются более высокая скорость и лучшее разрешение при использовании оптического возбуждения по сравнению с тепловым, возможность обнаруживать ловушки как основных, так и неосновных носителей заряда и, наконец, экспериментальная установка в этом случае значительно проще. Метод пригоден для быстрой оценки качества материалов и использовался для отбраковки эпигаксиальных пластин арсенида галлия, выращенных из газовой фазы для производства ПТШ [109].

Описанные емкостные методы неприменимы для полуизолирующего материала. Однако недавно предложен метод "оптической токовой спектроскопии" (ОТС), который может быть использован для определения параметров глубоких уровней в изоляторах [110]. Основой метода является релаксация фотопроводимости. Спектр ОТС представляет зависимость приращения переходного тока Д/ от температуры при двух фиксированных значениях времени после воздействия импульса света (аналогично зависимости ДС=/(7) в методе СГУ). Хорошее совпадение было продемонстрировано между уровнями, обнаруженными методами ОТС на полуизолирующем арсениде галлия и методом СГУ на проводящем материале.

1 3 6 АНАЛИЗ ПРИМЕСЕЙ

Важной задачей в изучении полупроводниковых материалов является установление связи концентраций доноров и акцепторов, полученных из электрических измерений, с концентрацией примесей, полученных аналитическими методами. Некоторые примесив GaAs,такие какизоэлектронные элементы В и N, электрически неактивны. Кроме того, только часть донорных и акцепторных примесей может быть электрически активна, если примеси распределены неоднородно или если превышен предел растворимости. С другой стороны, всевозможные электрически активные центры могут численно превосходить количество химических примесей, если собственные дефекты оказывают важное влияние на электрические свойства.

Наиболее широко используемыми методами определения примесной концентрации в полупроводниках являются эмиссионная спектроскопия и искровая масс-спекгроскопия. Оба метода являются разрушающими. Эмиссионная спектроскопия применяется главным образом для определения металлических примесей. Опубликован обзор работ по использованию этого метода [111, 112]. При искровой масс-спекгроскопии могут быть в принципе обнаружены все примесные элементы, хотя и имеются некоторые ограничения из-за интерференции. Всесторонний обзор работ по использованию масс-спекгроскопии применительно к полупроводникам приведен в



[113]. Основным доводом в пользу применения этого метода является возможность с его помощью обнаруживать важные электрически активные примеси: углерод и кислород. Ранние попытки определить концентрации этих элементов в GaAs привели к завыщенным значениям в диапазоне концентраций lO* ~ см" [114, 115]. Более поздние исследования с использованием усоверщенствованного метода искровой масс-спектроскопии дали концентрации С и О около 10* - 10 см" [18, 116]. В установке был применен крионасос с жидким Не для того, чтобы исключить примеси С и О, адсорбируемые стенками камеры [117, 118]. Точные значения концентраций С и О получены при использовании метода гамма-фотонной активации [119]. Результаты этих исследований показывают, что действительные концентрации С и О в GaAs составляют 4 • 10 - 1 10* см".

Сравнение результатов, полученных с помощью метода искровой масс-спектроскопии и метода Холла для полуизолирующего GaAs, приведены в [55, 116]. Найдено совпадение между концентратщями полностью ионизированных примесей, полученными этим методом и методом Холла [116]. Предпринята попытка согласовать результаты измерения концентрации примесей, полученные методом искровой масс-спектроскопии и методом Холла, в рамках четырехуровневой модели, описанной ранее [55]. Для хо-рощего согласования между рассчитанными и экспериментальными величинами р и концентрации электрически активных центров должны быть значительно ниже концентраций, получаемых методом искровой масс-спектроскопии.

1.3.7. ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ

Ионная имплантация непосредственно в материал подложки представляет больщой интерес в производстве GaAs ПТШ и интегральных микросхем. Такие имплантированные слои должны иметь характеристики, подобные характеристикам имплантированных слоев в эпитаксиальном буферном слое или чисто эпитаксиальных активных слоев, чтобы обеспечивались хорощие параметры приборов. Установлено, что высокочистый "нелегированный" полуизолирующий GaAs удовлетворяет этому требованию [120]. Параметры приборов, изготовленных имплантацией непосредственно в материал подложки, аналогичны параметрам приборов, изготовленных имплантацией в буферный слой. Кроме того, измеренные концентрации носителей тока и подвижность Холла в имплантированных слоях хорощо коррелируют с параметрами изготовленных приборов, что позволяет характеризовать качество слитков. Имплантированные слои в нелегированном полуизолирующем GaAs высокого качества имеют подвижность 5000 см/(В • с) при

300°С для {Nj)~Nji) = \ 10 см~ и коэффициент активации примесей > 70% (отнощение концентрации электрически активных примесей к полной концентрации имплантированных примесей). Если производство высококачественного объемного материала будет освоено, то эпитаксиальное наращивание активных слоев можно будет исключить.



1.4. ЭФФЕКТЫ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА "ПОДЛОЖКА - АКТИВНЫЙ СЛОЙ"

Свойства границы раздела "подложка - активный слой" или "буферный -активный слой" оказывают большое влияние на характеристики GaAs полевых транзисторов, так как эта область примыкает к проводящему каналу под затвором. Важно, чтобы материал под активным слоем имел пренебрежимо низкую проводимость. Для активного слоя, выращенного непосредственно на полуизолирующей подложке, это означает, что в процессе эпитаксиального выращивания отсутствует термоконверсия. Хотя р-конвертиро-ванный слой будет изолирующим для «-активного слоя, р-п-переход будет создавать обедненную область в эпитаксиальном «-слое и таким образом изменять характеристики прибора. Кроме того, существование слоя р-гипа под активным слоем связано с аномалиями (типа гистерезисной петли) в стоковых характеристиках прибора [121]. Для ионно-имплантированных активных слоев подложка должна оставаться полуизолирующей после ак-тивационного отжига. Для активных слоев, выращенных или полученных имплантацией в п~-буферный слой, буфер должен либо быть полностью обедненным за счет отрицательного встроенного заряда на границе буфер-подложка, либо иметь высокое сопротивление за счет введения глубоких уровней (например, Fe или Сг) в процессе выращивания [122 - 124].

Установлено, что в процессе эпитаксиального выращивания происходит быстрая диффузия Сг из полуизолирующей подложки [125, 126]. Коэффициент диффузии хрома равен 7-10"* см/с при типичной температуре эпи-таксии 750°С[127]. Таким образом, во время выращивания активного слоя со скоростью 0,25 мкм/мин Сг проникает на глубину

X = \[Ш = 0,02 мкм,

что составляет приблизительно 10% толщины слоя. Внедрение акцепторов Сг в активный слой вблизи границы раздела снижает концентрацию и подвижность электронов и оказывает влияние на характеристики приборов. В настоящем разделе дан краткий обзор нескольких методов, используемых для определения изменений концентрации и подвижности по глубине слоя, выращенного на полуизолирующей подложке. Также обсуждаются проблемы управления с помощью подложки и чувствительности к свету.

1.4.1. ПРОФИЛИ КОНЦЕНТРАЦИИ И ПОДВИЖНОСТИ

Метод вольт-фарадных характеристик (С-б-метод), использующий барьер Шотки на поверхности эпитаксиального слоя, применяется для определения изменений концентрации носителей по глубине и эффективной толщины эпитаксиального слоя. На рис. 1.10 приведены типичные профили п{х) для однородно легированного эпитаксиального слоя, измеренные С-{/-мего-дом, и соответствующая геометрия эпитаксиального слоя. Действительная толщина эпитаксиального слоя равна а, а величина, полученная С-/-методом, равна а, причем а < а. Обычно а определяет толщину, соответствующую началу падения концентрации. За этой точкой график и(х) не представляет действительный профиль концентрации, так как не выполняются допуще-





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