УДК 621. 382
ТРЕТЬЯКОВА А.В.
ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОРОДНОСТИ
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ
ПЛЕНОК АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ
Таганрогский государственный радиотехнический университет, 347928, Таганрог, ГСП-17а,
пер. Некрасовский, 44, тел.: (86344) 61663; e-mail: egf@tsure.ru
Оценка однородности полупроводниковых материалов является необходимым
этапом в технологии создания полупроводниковых приборов с заданными
параметрами. Полученная информация об однородности свойств монокристаллов и
эпитаксиальных пленок полупроводников позволяет также корректировать
технологию их выращивания и задавать определенные свойства [1,2,4].
Ранее проводились исследования однородности распределения концентрации
носителей заряда и напряжения пробоя по толщине эпитаксиального слоя арсенида
галлия в процессе совершенствования технологии выращивания эпитаксиальных
структур и использования их для создания приборов. Полностью устранить
микронеоднородность не удается, так как она многопричинна по своей природе и
требует многостороннего подхода.
Цель настоящей работы - исследование однородности эпитаксиальных пленок
арсенида галлия одновременно различными методами и попытка установления
корреляции между распределением электрофизических параметров и структурой
кристалла. В силу сравнительной простоты и доступности оборудования, методик
измерения и подготовки образцов для этого были выбраны следующие методы.
Для подготовки образцов использовался метод селективного химического
травления в сочетании с электронной микроскопией.
Измерения напряжения пробоя в месте контакта металл-полупроводник
проводилось зондовым методом. Напряжение пробоя Vпр фиксировалось при токе
пробоя, равном 10 мкА.

Для определения концентрации основных носителей заряда n использовался
барьерно-емкостной метод. Барьер Шоттки получали с помощью точечных ртутных
контактов к поверхности полупроводника.
Для измерения микротвердости Н использовался прибор - микротвердомер
ПМТ-3. Методика описана в [3].
Указанными методами исследовались промышленные эпитаксиальные пленки
арсенида галлия с концентрацией основных носителей 1*1015 - 5*1016 см-3 ,
полученные газотранспортным хлоридным методом на подложках из GaAs,
легированных теллуром или оловом до концентрации основных носителей 1-3*1018
см -3.
Измерения n, Vпр и Н и выявление структурных дефектов проводились как по
поверхности, так и по объему эпитаксиальных пленок путем послойного
стравливания. При обработке результатов область переходного слоя у границы
пленка-подложка толщиной в 1-1.5 мкм в расчет не бралась. Таким образом,
экспериментальные исследования проводились в двух направлениях:
- исследование распределения электрофизических свойств по объему
эпитаксиального слоя - электрическая неоднородность;
- изучение нарушений периодичности кристаллической структуры по объему
эпитаксиального слоя - структурная неоднородность.
Распределение значений концентрации основных носителей заряда и
напряжения пробоя по всему объему эпитаксиального слоя представлено
гистограммами (рис.1).
N/N, %
Vпр
40
n
30
20
10
0
60
70
80
90
V , В
пр
n.1016,см-3
3
2
1
0
Рис. 1.

Концентрация носителей может изменяться по объему пленки в пределах
целого порядка. В обратной зависимости от концентрации основных носителей
находится напряжение пробоя в месте контакта металл-полупроводник. Нужно
отметить, что относительные частоты для наиболее вероятных значений
концентрации носителей и пробивного напряжения не совпадают (46% и 20%
соответственно). Этот факт можно объяснить влиянием различных структурных
дефектов, снижающих величину пробивного напряжения в месте контакта металл-
полупроводник. Наиболее сильно влияет на величину Vпр плотность дислокаций и
предвыделений. Повышение плотности дислокаций на порядок изменяет
напряжение пробоя на почти на 10В. По-видимому это связано с образованием
микроплазм пробоя в месте дефектов кристаллической структуры, попадающих в
область сильного электрического поля.
Нарушение периодичности кристаллической решетки заметно влияет на
величину микротвердости Н. После статистической обработки результатов
измерения микротвердости по поверхности эпитаксиальной пленки обычно
обнаруживается 2-3 области наиболее вероятных значений Н. Одна из них
принадлежит наиболее совершенным участкам пленки (Н = 61.04 кПа), вторая
(Н=81.03 - 91.03 кПа) относится к участкам, содержащим относительно большое
количество дефектов дислокационного характера, третья область (Н=41.04 кПа)
принадлежит участкам, где содержится металлическая примесь и ее комплексы.
Относительные частоты появления значений микротвердости, принадлежащих
первой и второй областям значений Н приблизительно одинаковы и составляют 25 -
30 % всех значений.
Для объяснения результатов измерения микротвердости исследовались
структурные дефекты при послойном стравливании пленок. При этом выявлялись:
микротрещины, полосы скольжения различной длины, ряды дислокаций,
дислокационные петли, дефекты упаковки и т.д.
Таким образом, исследование электрофизических параметров и структурных
дефектов эпитаксиальных пленок арсенида галлия перечисленными методами
позволило выявить их микронеоднородность и показало возможность применения

данных методов для контроля однородности пленок и оценочного прогнозирования
реального выхода полупроводниковых приборов на их основе.
1.
Возмилова Л.Н., Буц Э.В. "Изв. АН СССР", серия "Неорганические
материалы", 1968, т.4, 8, с.1340.
2.
Баскин Э.М., Лисенкер Б.С. и др. Неравновесные процессы в неоднородных
полупроводниках.- Сб. "Тезисы докл. IV симпозиума по процессам синтеза и
роста полупроводниковых кристаллов и пленок". Новосибирск, 1975.
3.
Глазов В.М., Вигдорович В.Н. Микротвердость металлов и полупроводников.
М.: Металлургия., 1969
4.
Mizuno O., Kikushi S., Mariyama M. "Japan. J. Appl. Phys", 1970, v.9, p.1544.