Введение к работе
Актуальность проблемы.
Арсенид галлия применяется для изготовления широкого круга приборов микро- и огггоэлектроники - различных типов диодов, транзисторов, лазеров, солнечных элементов. Оптические и электрофизические характеристики арсенида галлия могут изменяться в широких пределах в зависимости от вида и концентрации примесей в нем. Присутствие в материале неконтролируемых примесей приводит к ухудшению характеристик приборов, изготовленных на основе GaAs. Особенно актуальным это является при создании приборов с высоким быстродействием, которое определяется подвижностью свободных носителей заряда в GaAs и сильно зависит от концешрации примесей в нем. Для получения арсенида галлия с максимальной подвижностью ноаггелей заряда концентрация электрически активных примесей не должна превышать 10"6 ат.%
В настоящее время большинство приборов микро- и огггоэлектроники создается на базе эпитакаильных слоев. Штрокое распространение для получения эпитаксиальных слоев GaAs получил метод химического осаждения из паров триметилгаллия (ТМГ) и арсина (MQC - гидридный метод). Его достоинствами являются относительная простота технологического оборудования, высокая производительность, сравнительно низкие температуры роста.
Согласно литературным сообщениям методом химического осаждения га паров триметилгаллия и арсина удалось получить слои GaAs с подвижностью свободных электронов при 77 К 162 000 см 2/в-сек [1]. Это значение находится на уровне лучших результатов, достигнутых при использовании друпк методов вырашивгашя эпитаксиалыък слоев GaAs и свидетельствует о высокой степени их чистоты.
Вместе с тем, типичные значения подвижности свободных электронов в нелегированньк слоях, полученных по реакции ТМГ и арсина, заметно ниже (50000 - 100000 см 2/в'Сек). Это обусловлено загрязнением GaAs в процессе роста неконтролируемыми примесями.
Как свидетельствуют литературные данные, одной из наиболее важных примесей в GaAs является кремний. Пэведение данной примеси отличается большой сложностью. Она является амфотерной, то есть может занимать в решетке GaAs как места атомов Ga, так и места атомов As, проявляя при этом, соответственно, свойства мелких доноров и акцепторов. Имеются многочисленные сообщения об образовании этой примесью комплексов с собственными дефектами кристалла, приводящих к появлению в запрещенной зоне GaAs дополнительных энергетических уровней.
Кремний является одной из наиболее распространенных примесей в GaAs, получаемом по реакции триметилгаллия и арсина Часто именно эта примесь определяет уровень электрофизических характеристик слоев GaAs.
Считается, что основными источниками примеси кремния в слоях являются исходные реагенты - триметилгаллий и арсин. ГЬлагают, что в арсине примесь кремния присутствует преимущественно в виде силана Сведения о форме нахождения кремния в триметилгаллий и его поступлении из ТМГ в растущий слой в литературе немногочисленны и противоречивы В связи с этим, исследование поступления примеси кремния из ТМГ в Э1шгакеиальные слои арсенида галлия, получаемые по реакции триметилгаллия и арсина, является актуальным.
Цгль работы заключалась в исследовании влияния химической формы нахождения примеси кремния в триметилгаллий и условий процесса осаждения на внедрение данной примеси в слои GaAs, выращиваемые МОС-гидридным методом.
Научная новизна работы Изучено влияние условий процесса осаждения на коїщентрацию примеси кремния и электрофизические характеристики эпитаксиальных слоев GaAs для случая, когда источником, лимитирукхцим поступление этой примеси в слои, являлся триметилгаллий. Определено ранее не известное из литературы значение энергии активации внедрения примеси кремния в слои, равное 0.7 эв.
№следована эффективность очистки триметилгаллия методом ректификации. ГЬказано, что очистка ТМГ, полученного по обменной реакции трихлорида галлия и триметилалюминия, от примеси кремния данным методом не эффективна, вероятно, из-за присутствия этой примеси в ТМГ в форме метилхлорсиланов, имеющих близкий к единице коэффициент разделения с основой.
Изучено поступление примеси кремния, присутствующей в ТМГ в виде метилхлорсиланов, в слои GaAs. Установлено, что внедрение примеси кремния увеличивается с увеличением числа атомов хлора в молекуле примесного соединения. №иболшшй переход наблюдается из примеси тетрахлорида кремі еия. ГЬказано, что присутствие примеси тетрачлорида кремния в ТМГ может служить фактором, лимитирующим уровень чистоты эпитаксиапьных слоев GaAs. Сильное различие в степени перехода в слои примеси кремния, находящейся в ТМГ в виде разных соединений, объяснено различием механизма распада этих соединений в зоне осаждения.
ГЬактическая ценность. Цэоведено исследование влияния технологических условий осаждения слоев GaAs из паров триметилгаллия и арсина на их примесный состав, электрофшические характерисіики и спектры фотолюминесценции. Определены основные источники поступления примесей в полученные слои.
Установлена и получила обьяаіение низкая эффективность очистки от примеси кремния триметилгаллия, синтезированного по обменной реакции трихлорида галлия и триметилалюминия, методом ректификации.
-Ц-
Рекомендовано включать в технологию очистки ТМГ кроме ректификации другие методы, например, химические и сорбционные.
Наследовано влшпше примесей метллхгорсиланов в ТМГ на содержание примеси кремния в слоях GaAs. Показано, что тетрахлорид кремния может служить эффективной легирующей добавкой для получения слоев GaAs п - типа проводимости. Сценен уровень чистоты ТМГ по примеси тетрахлорида кремния, необходимый для получашя GaAs с концентрацией носителей тока 1-10 14 см"3.
На защиту выносятся. Результаты исследования поступления примеси кремния в этггаксиальньге слои GaAs, выращиваемые из паров триметилгаллия и арсина.
Результаты исследования очистки ТМГ методом ректификации.
Апробация работы Результаты работы докладывались на IX Всесоюзной конференции по методам получения и анализа вькхжочистьк веществ (ННовгород, 1992 г.), X конференции по химии высокочистых веществ (Н Новгород, 1995 г.), городском семинаре по химии высокочистых веществ (Н.Новгород, 1992-1998 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 статьи и тезисы 2 докладов.
Обьем работы Диссертация изложена на 142 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы (134 наименования), содержит 22 таблицы и 30 рисунков.