资源描述：
《si-gaas材料的电学补偿》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第20卷第11期半 导 体 学 报Vol.20,No.111999年11月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSNov.,19993SI-GaAs材料的电学补偿赖占平 齐德格 高瑞良 杜庚娜 刘晏凤 刘建宁(电子工业部第四十六研究所 天津 300220)摘要 研究了HPLEC工艺生长半绝缘砷化镓单晶过程中,熔体的化学剂量比对晶体深施主缺陷能级、浅受主碳的浓度以及晶体电学性能的影响.由N型半绝缘晶体的补偿机理对实验现象进行了解释,给出了既能保证晶体电学性能又可以使缺陷浓度较低的最佳熔体剂量比.并将近本征半导体的物理模型推广至半绝缘砷化镓单晶,得到了
2、较理想的电阻率范围.PACC:7220,6150C,6855,8110,8115,72801 引言SI2GaAs材料是制作超高速数字电路和微波功率器件的理想衬底.材料的半绝缘性能是通过缺陷能级的补偿来实现的.随着LECGaAs单晶生长工艺的不断发展,材料的补偿机理亦在不断变化.在PBN坩埚取代石英坩埚后,硅沾污大量减少,因此已可以非掺杂即获得稳定的半绝缘性能.实验发现,非掺LECGaAs单晶的半绝缘性能主要来自于深施主能[1～3]级EL2和浅受主碳的补偿.对于EL2能级的本质,尚没有完全弄清,但通常认为,其和反位缺陷AsGa有关.本文主要探讨了熔体的化学剂量比对晶体中
3、EL2浓度、碳含量以及材料电学性能的影响.2 实验晶体生长在Melbourn高压单晶炉中进行,采用常规的原位合成直拉GaAs单晶工艺.装料量为:As,1700g;Ga,1555g;过量砷$As=As-Ga×As分子量öGa分子量=29g;B2O3,500g.使用<152cm的PBN坩埚.晶体生长结束后,称取总产出量,计算生长过程中砷的损失,进而计算晶体各部分的化学剂量比.分别从晶体(图1)头部A处(固化系数0106)、中后部B处(固化系数0158)和尾部C处(固化系数0171)切横断片进行分析,在B和C之2间沿直径,再分别切015mm和3mm厚的剖面片,015mm的剖
4、面片沿轴向分割成5×5mm3本研究为“九五”攻关“光纤通讯电路用半绝缘砷化镓材料研究”(972768201201)的部分研究内容赖占平 男,1964年出生,高级工程师,现从事化合物半导体材料特别是砷化镓晶体生长的研究工作。齐德格 男,1943年出生,高级工程师,长期从事砷化镓晶体生长的研究工作高瑞良 男,1971年出生,工程师,1995年起从事半绝缘砷化镓晶体生长的研究工作1998205209收到,1999203225定稿1000半 导 体 学 报20卷的小片进行电参数测量,3mm厚片抛光后进行红外分布测量.使用标准霍尔2范德宝法测量材料的电参数,使用薄片红外吸收技术
5、测量A、B、C处的EL2浓度和碳浓度,使用标准红外吸收方法测量剖片上的EL2和碳的分布.3 结果和讨论311 化学剂量比的计算晶体生长结束后,称取总产出量,减去总装入量,得到整个生长过程中,砷的损失量为120g.据此在以下几点基本考虑的基础上计算晶体各部分生长时的熔体剂量比:a)、由于晶体生长结束后,砷的损失量远大于装料时的过砷量,图1 晶体测试因此晶体是从富镓熔体中生长出来的.根据以前的实验结果,这种情取样示意图况下的砷损失基本是氧化硼软化前挥发掉的,因此首先假设晶体凝固后的离解可以忽略不计(关于原位合成直拉GaAs工艺过程中砷损失的解析,将在另文讨论).b)、认为
6、生长过程中,覆盖剂B2O3中溶解或反应掉的Ga和As可以忽略.c)、尽管熔体是非化学剂量比的,但Ga、As原子是按着1∶1凝固的,因此熔体中多余的镓数量从晶体头部至尾部是保持一致的.d)、在二元系熔体法生长晶体时,有优先凝固低熔点元素的趋势,但这一趋势不会对宏观的剂量比产生影响.根据以上考虑,计算得A、B、C各点生长时熔体的剂量比(AsmolöGamol+Asmol)分别是014849、014665、014521,并可以计算出B、C之间剖片上各点的剂量比.312EL2浓度和溶体化学剂量比的关系熔体化学剂量比对晶体中EL2浓度的影响如图2所示.313 晶体中碳含量对熔体
7、剂量比的依赖关系熔体化学剂量比对晶体中碳含量的影响如图3所示.314 熔体剂量比对LEC-GaAs单晶电性能的影响见图4.图2 化学剂量比对GaAs图3 化学剂量比对GaAs图4 化学剂量比对GaAs晶体EL2浓度的影响晶体碳浓度的影响晶体电性能的影响11期赖占平等:SI2GaAs材料的电学补偿1001315 讨论我们知道,做为二元化合物,GaAs晶体中的基本点结构缺陷有6种,VGa、VAs、Asi、Gai、[4]AsGa、GaAs,而其中最主要的是VAs和Asi.这些缺陷的密度显然和生长工艺以及工艺过程中的参数控制密切相关.在LEC工艺生长GaAs
