Введение к работе
Актуальность тещі. В настоящее время быстро-развивающаяся полупроводниковая электроника предъявляет все.более высокие требования к параметрам,характеристикам полупроводниковых приборов, которым далеко не всегда удовлетворяют приборы на основе германия и кремния. В связи с этим ванное значение приобретает разработка приборов на основе широкозонных материалов типа А~Б , типичным представителем которых является арсенид галлия и твердые растворы на его основе. Более высокая, чем в $1 , подвижность электронов и характерные особенности зонной структуры .позволяют на основе арсенида галлия создавать СВЦ - приборы / диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды и СВ4 -диоды Шоттки и т.п./. Диоды, транзисторы и тиристоры на его основе способны работать при более высоких температурах, чем кремниевые приборы. Кроме того, GaAs , имеющий прямую зонную 'структуру и высокий внутренний квантовый, выход излучательной рекомбинации интересен с точки зрения изучения возможности использования этого обстоятельства для разработки высоковольтных приборов, с большими толщинами активных областей.
Однако, на пути широкого применения Ga-As, для создания высоковольтных, быстродействующих приборов /диодов, транзисторов, тиристоров / стоят значительные технологические трудности, связанные с получением достаточно "чистых" эпитаксиальных слоев с высокими подвюкностями основных носителей заряда /ОНЗ/. Поэтому важное .значение имеет разрабштка методов получения таких эпитаксиальных слоев, формирование на их основе высоковольтных р-п переходов, исследование влияния основных технологических, факторов на характеристики приборных структур.
Дель работы.
-
Разработка методики получения нелегированных эпитаксиальных слоев GaAs и высоковольтных р-п переходов на их основе.
-
Разработка способов уменьшения концентрации тоновых примесей в нелегированных слоях. п- GaAs и исследование их электрофизических характеристик.
-
Разработка технологии изготовления высоковольтных быстро-
- 4 -действующих тиристоров на основе нелегированного арсенида галлия.
Научная новизна работы состоит в следующем:
показано, что при выращивании нелегированных слоев GaAs в зависимости от условий формирования примесного- Фона в раст-воре-расплава могут быть получены слои п-типа, р-типа проводимости, а также компенсированные высокоомные. слои и высоковольтные р-п перехода с управляемой, толщиной р- области;
определены .условия, .которые позволяют получать нелегированные эпнтакснальные слои Ga-GaAs .с более высокими электрофизическими параметрами /концентрация и подвижность ОНЗ, степень компенсации-остаточных примесей /;
установлено, что при замене.растворителя Ga на BL изменяется природа Фоновых.примесей в слоях..Если в слоях Ga-GaAs , основной фоновой примесью является Si, то в. слоях Зі-GaAs основной фоновой примесью становится Zn. Выращивая из висмутового раствора-расплава могут быть получены нелегированные слои GaAs с высокими электрофизическими параметрами;
определены условия управления толщиной высокоомной облас при получении высоковольтных р-п переходов;
показано влияние влажности, водорода на скорость реакции восстановления кварца и, следовательно,. концентрацию кремния в жидкой фазе. Введением паров воды в поток водорода можно управлять толщиной I- области, увеличивать пробивное напряж ниє структуры;
- показано влияние технологических факторов на коэффициент
передачи исходных п+ - р - I - п .транзисторных структур.
Выбор технологических условий, выращивания /температура начала
кристаллизации, скорость, потока и влажность водорода / позвол
ет управлять величиной коэффициента передачи транзисторных
структур в интервале .0,50 * 0,95. С увеличением толщины высок
омной области коэффициент- передачи, этих .структур возрастает
и становится близким к единице, но падает с увеличением темпе
ратуры окружающей, среды... .. :
Практическая значимость результатов работы состоит в том, что:
- разработана методика и установлены режимы снижения конце
. .. .-5- -.'-.
трации остаточных фоновых примесей в ..процессе. термообработки жцдкой фазы Ga-GaAs . .Получены нелегврованные эпитаксиальные' слои n-GaAs со следующими.параметрами.ОНЗ: п = 2'1014cm"j , jug00 = 9,3-:103 см2/3-.С , п = 1,5-Ю14 см"3 ,
Мп = 1,23'ДО5 см /В:С , . К= 0,35 , которые, могут быть исполь
зованы для высокочастотных приборов; -
- разработана методика .и найдены режимы получения нелегиро
ванных эпитаксиальных слоев GaAs., выращенных из висмутового
раствора-расплава, позволяющая контролируемо регулировать электрофизических параметров ОНЗ. Получены нелегированные эпитаксиальные слои. n-GaAsco следующими параметрами ОНЗ:
п77= 7,5МО14 см-3 ,ju77= 1,4«ДО5 с^/В-С , К =0,55, о>103
ом-см., которые могут быть использованы как буферные. слои на полуизолирующих. подложках GaAs для интегральных, схем;
показана возможность управления толщиной высокоомной области .в высоковольтных р-п .переходах оптимизируя режима обработки раствора-расплава .с одновременным введением паров воды в.газовую среду системы, на .основе.которых были получены фотонно-инжекционные импульсные тиристоры со следующими параметрами: напряжение переключения - 500 В, .время нарастания -0,2*1,0 НС, время включения.по. цепи управления - 0,5+0,8 мкс, ток управления - 24-50 мА, коммутируемый ток. - 10 А, остаточное напряжение - < 20 В, рабочая площадь структуры - 4» 10 сьг ;
определен режим, получения .транзисторных, структур с более стабильными .температурными зависимостями коэффициента передачи, на основе .которых могут быть .созданы фотонно-тИняекционные импульсные тиристоры,рабогающие при высоких температурах
/>2оо?.с/. ..:
Достоверность результатов. полученных .в работе, определяется применением методики жидко-фазной эпитаксии, лозволякцеЗ получать более."чистые", слои и регулировать концентрацию остаточных, фоновых примесей.,..а также использованием современных методик исследования люминесцентных и гальваномагнитных свойств полупроводников, воспроизводимостью результатов, полученных на различных опытах.
- 6 - ....
Научные положения, выносимые на защиту.
-
В эпитаксиальных слоях GaAs , выращенных из галлиевого раствора-расплава имеются амфотернке / Si ^ Sa? /, донорные / Se , Те , S / и акцепторные / С, Zn / примеси. Их компенсация происходит на уровне 10і5 +101 см .. .. При высоких температурах отжига и скорости потока водорода усиливается реакция восстановления кварца водородом, в результате которой, раствор-расплав обогащается.кремнием, .что ведет .к образованию слоя р-твпа проводимости.. При охлаждении раствора-расплава наблюдается, снижение концентрации основной- акцепторной примеси Zlfis в растущем слое /коэффициент, сегрегации кремния близок к единице./., образование компенсированного I- слоя, а затем - переход к: л-типу проводимости,
-
Введение паров воды в поток водорода уменьшает .скорость реакции восстановления кварца и, следовательно, концентрацию кремния в жидкой фазе. Компенсация мелких доноров глубокими акцепторами A / HL5,-Ey+ 0,4L эВ / и В /НВ2, Еу* 0,68 эВ/ ведет к расширении относительной, толщины . і-областа. Это дает возможность .управлять электрофизическими параметрами р - і -п перехода, увеличивать напряжение пробоя в 1,5 раз...
-
При замене растворителя Ga на В. .изменяется природа фоновых примесей: в эпитаксиальных.слоях. В.системе Bi-GaAs уменьшается растворимость, кремния. Малые..коэффициенты сегрегации кремния д. мелких доноров.-/е,Те.,S./приведет к уменьшению
общей концентрации ионов Aj, росту подвижностиjufl77 и увели
чению степени-компенсации К, снижается концентрация остаточных
примесей, .растет."чистота"..слоев. . . -....
4. Выбор технологических, условий выращивания /температура
начала кристаллизации,, скорость потока и влажность водорода/
позволяет. управлять величиной, коэффициента передачи транзис
торных структур в.интервале 0,50+0,95..Резкое или плавное
уменьшение, .температурной, .зависимости коэффициента передачи
разных.типов транзисторных /-п^-р^-п0, n+-p-i-n / структур
связано с температурной зависимостью, сечений захвата глубоких
уровней А и В, которые возрастают с увеличением рабочей тем
пературы.
Апробация работы. Основные результаты-диссертационной работы докладывались на Всесоюзных научно-технических семинарах "Развитие технологии и конструирования силовых полупроводниковых приборов" /Таллин,.1986г./; "Полупроводники и гетеропереходы ."/ Таллин, .1987 г./.. .....
Публикации. Основные результаты диссертационной работы
отражены.в 4. печатных работах,которые перечислены в конце
автореферата. . .
Структура и объем работы. .Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав,....заключения, списка цитированной литературы и приложения. Работа содержит 93 страниц машинописного текста, 37 рисунков, 9 таблиц. Список цитируемой литературы включает 101 наименований.
