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1、DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.1994.02.014第1卷第82期稀有金属1994年3J)半导体缺陷工程邓志杰北京(有色金属研究总院10)0088介绍了缺陷工程的概念,描述了儿种重要半导体缺陷,如表面缺陷、界面缺陷、偏离化学配比等。提出了正面利用缺陷以提高器件的成品率和可靠性。重点阐述了化合物半导体中的位错行为及,对与半绝缘aAsaAs降低位错的工艺技术G研究密切相关的ELZ工程和rCG(倒转热转变)也作了简单介绍.、日!岌旨一、JI「二1二关于化合物半导体中的位错半导体技术自诞生之日起就伴随着晶(一)位错行为简述。
2、格缺陷的研究材料科学研究和应用所取位错可成为自由载流子散射中心、复得的一系列重大进展,如晶体生长、纯度合中心和施主中心,因而可降低载流子迁、及掺杂控制器件加工等在很大程度上归移率、少子寿命、甚至影响载流子浓度。.,因于半导体缺陷的深人研究。缺陷的控制Dashwc[31深人研究了硅中位错直接观与消除研究工作导致了一个新型材料工程察到了硅中位错网络,并在此基础上提出缺陷工程的诞生。缺陷工程的概念是了降低位错的缩颈技术。用此技术已制出—“,1984年在日本东京召开的半导体缺陷与大直径无位错硅单晶但对其它材料只靠”。性能会议上由日本学者提出的其
3、基本思此方法是不够的。因此,降低化合物半导,想是在深人理解缺陷的基础上既要降低体中的位错仍然是一项艰巨的任务。,或消除缺陷也可正面利用缺陷去控制或难以制取较大直径、无位错化合物半抵消其它一些难以消除的有害缺陷的影响导体单晶的主要原因有四点。第一,化合.以提高器件成品率和可靠性川物半导体热导率低,固液界面处维持固化,在正面利用缺陷方面至少有三个成所必需的温度梯度在晶体中产生的热膨胀,功的著名实例:GaP发光器件中等电子陷差异大化合物半导体材料的热胀系奴普,;;遍大于硅(详见表l)卜一6]使这一问题变阱的利用硅中本征吸杂通过深能级.ELZ控
4、制GaAs单晶的半绝缘行为。,得更为严重第二化合物半导体单晶的.。”GatosHcl2]提出把缺陷这个词改称为,临界屈服应力(CRS)S普遍较小在热一”,结晶态变体(Cyrsteilnevairant)可应力作用下易于发生塑性形变而产生位,能更恰当些因为有缺陷的晶体并不一定错。第三,化合物半导体单晶中位错移动,、,导致有缺陷的器件化学上结构上都完激活能和堆垛层错能均较低(与硅比)使.,整的半导体只具备学术理论上的意义当其中位错易于运动也较容易产生堆垛层,然这并不排除人们仍一如既往地努力提错。第四,与偏离化学配比有关的点缺陷高半导体材料的
5、纯度和完整性。(这类点缺陷是很难避免的)易集聚形成位稀有金属卷表硅及化合物半导体的某些性能性能材料热导率线胀系数位错移动激活能堆垛层错能火一一ù,,住00154718
6、丘465石`0430住L。I名拓85400ù柳nbISnIP0l名一lē料6,、1,。错环或成为位错掠表2nIP中杂质键合能(二)位错密度的降低`键合能EPD)二).杂质(格点)】降低位错密度的机理在熔体生kCal/m01C111,产1几长单晶中位错产的主要原因之一是热Znn一乙月工。”ō,nU0oc6,气6了,])七位错。(I)刀9468585724746464543肠
7、J亚力作用卜晶体产生了塑性形变即使在N(P)较低的温度范围内,GaAS中的位错仍然AI(In)有较高的迁移率。欲得低位错单晶,生长S(P)无位错后慢速降温是很重要的,这样在温度降到Gan(I)无位错足够低以前,不致产生大的热应力。23Te(10一10P)shinoyamal`]给出了生长无位错InPCd(In):单晶的经验公式n104一105I(P)R:·dT/dz一124℃·cm(l)Gen(I)无位错。,式中R为晶体临界半径类似的表达式Snn102一103(I)还有l9]:102一103Sb(P)dT/dz=kT。/D。(2)飞As
8、102。(P)一:。D为晶体临界直径这些都直观地说明了生长大直径无位错单晶的困难,以及降低,一,一热梯度。种重要作用是降低位错的迁移率几的重要性是“钉札”位错,后者对降低位错发挥了更利用掺杂减少位错是一个熟知的方。法,此法应用所谓的“键合能机理”即“杂质重要的作用,”一的,单晶从熔体中拉出后由于晶体内存硬化原因在f杂质原子与基质原r之。在一些不规则处及在晶体表面上热应力比间的键合能大于基质原子之间的键合能。,“较集中而易于产生位错在这个阶段杂表2给出了nIP中杂质键合能及其杂质。·。硬化效应的实验结果【’0]但从表2可看质也将积累在位错
9、上如果生长热环境达“:,。到这样一种状态由于杂质积累所产生钉出键合能机理难以解释全部实验结果”,“,。还有一种钉札机理川在GaAs中札力大于热应力所产生的位错不会贯穿,,、、,晶体内部也不会自行增殖从而使晶
