Электрофизические свойства объемного арсенида индия.

Введение.

Эпитаксиальный арсенид индия - перспективный материал электронной техники. Высокая подвижность электронов в арсениде индия прямозонная структура позволяют использовать его для изготовления высокоэффективных электронных и оптоэлектронных приборов, в частности быстродействующих транзисторов и интегральных схем, фотоприемных детекторов ИК - диапазона, инжекционных лазеров с длиной волны»3,5 мкм.

Однако широкое использование тонкопленочных структур арсенида индия сдерживается отсутствием полуизолирующих подложек в связи с малой шириной запрещенной зоны арсенида индия. Следует также отметить недостаточную механическую прочность материала. Указанные проблемы могут быть преодолены, по крайней мере частично, при гетероэпитаксиальном выращивании арсенида индия. В этом случае, как правило, эпитаксию проводят на подложках арсенида галлия с ориентацией поверхности (001).

Значительное рассогласование параметров решеток арсенида индия и арсенида галлия 7.4% приводит при получении гетероэпитаксиальных пленок  арсенида индия и арсенида галлия методами газотранспортной и жидкофазной эпитаксии к формированию переходного слоя значительной толщины и к большей плотности морфологических и структурных дефектов. Это обусловлено ограничениями как физического характера, присущим данным эпитаксиальным технологиям, так и ограничениям, связанными с “ненаблюдаемостью” процесса роста.

 

Электрофизические свойства объемного арсенида индия.

Подвижность в арсениде индия.

Подвижность носителей заряда в кристаллах арсенида индия ограничивается несколькими механизмами рассеивания:

рассеянием на оптических и акустических фононах;

на ионных примесях;

на нейтральных примесях:

на дефектах кристаллической решетки (дислокациях):

на носителях заряда.

В приближении времени релаксации t подвижность вычисляется по формуле

------ ------(7)

где t - вычисляется для каждого механизма рассеивания отдельно.

В монокристаллических объемных образцах арсенида индия достигнуты следующие значения подвижности:

n-тип, m=30000 см²/Вс(300К),

р-тип, m=450 см²/Вс(300К).

Сростом концентрацией примесей подвижность падает.

 

Методы глубокой очистки индия и мышьяка.

Для получения монокристаллов арсенида индия с высокими и стабильными электрофизическими параметрами необходимо использовать высокочистые исходные материалы.

Арсенид индия с трудом поддается очистке кристаллизационными методами в следствие высокого давления диссоциации при температуре плавления, высокой химической активности индия и мышьяка при температуре выращивания и близких к единице значений коэффициентов распределения основных примесей в исходных элементах, таких как сера, селен, цинк и др., а также из-за загрязнением кремнием из кварца при высокой температуре.

 

Пиролиз МОС.

Значительный интерес представляют реакции металлоорганических соединений. Процессы такого рода проводятся при низких температурах, что существенно повышает чистоту, синтезируемого соединения, кроме того синтез многих МОС носит избирательный характер, а так как целый ряд примесей, влияющих на электрофизические параметры полупроводниковых материалов, не образуют аналогичных соединений, то уже в процессе самого синтеза МОС происходит очистка от нежелательных примесей до уровня 10^-5-10^-6 вес %.

Основными реакциями, приводящими к образованию арсенида индия при участии МОС, можно назвать следующие:

термическое разложение индивидуального МОС по схеме

R_nInAs®InAs+nRH------(23)

разложение происходит в атмосфере водорода;

реакции элементоорганических производных, имеющими подвижный водород по схеме

 (C₂H₅)₃In+AsH₃®InAs+3C₂H₆;------(24)

совместное разложение двух или более МОС или гидридов, приводящее к образованию твердых растворах на их основе.

В качестве источников индия и мышьяка для выращивания эпитаксиальных структур используются метил- и этил производные, эфираты триметил индия. Последние соединения в сравнении с триметилиндия более технологичны, так как менее реакционно способны и удобнее как в процессе очистки, так и при проведении процесса эпитаксиального наращивания.

Как правило, процесс осаждения термическим разложением МОС осуществляется в атмосфере водорода. Возможно проведение процесса также в смеси водорода и азота или только в азоте.

В зависимости от условий проведения процесса термического разложения арсенид индия может быть получен как в виде порошка, так и в виде эпитаксиально выращенных слоев.

Одним из преимуществ метода является легкость проведения легирования в процессе эпитаксиального наращивания. С этой целью применяют широкий ассортимент алкильных соединений элементов.

Из рассмотренных диаграмм парциальных давлений для хлоридного, хлоридно-гидридного метода и пиролиза триметилиндия с арсином в водороде следует, что максимальную область осаждения арсенида индия имеет система (CH₃)₃In-(CH₃)₃As-H₂, минимальную система In-AsCl₃-AsH₃-H₂. Из этого следует, что с учетом ограничений связанных с кинетикой, процесс получения эпитаксиальных структур арсенида индия с использованием МОС менее критичен к температуре, давлению и концентрации реагентов, а осуществление этого процесса возможно в более широком диапазоне, чем в случае хлоридного метода.

Важным вопросом с точки зрения развития метода получения эпитаксиальных структур арсенида индия с использованием МОС является возможность загрязнения слоев углеродом. Термодинамическим анализом процесса получения арсенида индия по реакции

(CH₃)₃In+AsH₃®InAs+3CH₄------(25)

показано, что переход углерода в слои арсенида индия за счет вторичных превращений углеводородов (метана, этана, этилена) в присутствии избытка арсина и водорода невозможно.

Получение эпитаксиальных полупроводниковых структур с использованием МОС открывает возможности стимулирования процессов газофазного выращивания под воздействием электромагнитного поля, лазерного и ультрафиолетового облучения.

Основными особенностями и преимуществами метода являются:

простота конструкции реактора с одной высокотемпературной зоной;

более низкая температура процесса, что уменьшает эффект самолегирования, улучшает профиль распределения концентрации по толщине слоя;

возможность независимой регулировки исходных компонентов, что обеспечивает возможность получения эпитаксиальных слоев с любым заданным профилем распределения концентрации носителей заряда по толщине слоя;

отсутствие травящих агентов (HСl) в системе позволяет осуществлять рост эпитаксиальных слоев на гетероподложках;

возможность получать субмикронные эпитаксиальные слои (0.2-0.8 мкм), величина переходной области подложка-слой составляет 0.03-0.1 мкм.

 

Введение.

Эпитаксиальный арсенид индия - перспективный материал электронной техники. Высокая подвижность электронов в арсениде индия прямозонная структура позволяют использовать его для изготовления высокоэффективных электронных и оптоэлектронных приборов, в частности быстродействующих транзисторов и интегральных схем, фотоприемных детекторов ИК - диапазона, инжекционных лазеров с длиной волны»3,5 мкм.

Однако широкое использование тонкопленочных структур арсенида индия сдерживается отсутствием полуизолирующих подложек в связи с малой шириной запрещенной зоны арсенида индия. Следует также отметить недостаточную механическую прочность материала. Указанные проблемы могут быть преодолены, по крайней мере частично, при гетероэпитаксиальном выращивании арсенида индия. В этом случае, как правило, эпитаксию проводят на подложках арсенида галлия с ориентацией поверхности (001).

Значительное рассогласование параметров решеток арсенида индия и арсенида галлия 7.4% приводит при получении гетероэпитаксиальных пленок  арсенида индия и арсенида галлия методами газотранспортной и жидкофазной эпитаксии к формированию переходного слоя значительной толщины и к большей плотности морфологических и структурных дефектов. Это обусловлено ограничениями как физического характера, присущим данным эпитаксиальным технологиям, так и ограничениям, связанными с “ненаблюдаемостью” процесса роста.

 

Электрофизические свойства объемного арсенида индия.