СВЧ диоды с барьером Шоттки на нанопористых подложках Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

составляющая межфазной поверхностной энергии возрастает в ряду (111)А - (111)5 , что адекватно

отражается на характере изменения состава получаемого твердого раствора. Согласно приведенным зависимостям, можно сделать вывод о том, что учет свободной поверхностной энергии необходим для получения твердых растворов желаемого состава.

Волгодонский институт Южно-Российского государственного технического университета (НПИ)

Литература

1. Кузнецов В.В., Москвин П.П., Сорокин В.С. Неравновесные явления при жидкостной гетероэпитаксии полупроводниковых твердых растворов. М., 1991.

2. Nakajima K., Ujihara T. et al. //J. of Crystal Growth 220. 2000.

3. Ормонт Б.Ф. Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников. М., 1982.

18 октября 2002 г.

УДК 621.315.592:548.55

СВЧ ДИОДЫ С БАРЬЕРОМ ШОТТКИ НА НАНОПОРИСТЫХ ПОДЛОЖКАХ

© 2003 г. И.Н. Арсентьев, Л.С. Вавилова, Л.С. Лунин, В.И. Ратушный, M.B. Шишков

Использование тонкопленочных гомо и гетеро-эпитаксиальных структур на основе соединений А3В5 в электронных приборах различных типов предъявляет повышенные требования к их структурному совершенству и стабильности. Такие требования особенно существенны для материалов, используемых при создании СВЧ-приборов, что выдвигает в число фундаментальных проблем разработку новых методов получения эпитаксиальных структур и приборов на их основе. Одним из таких методов является эпитакси-альное выращивание на «мягких» пористых подложках полупроводников А3В5. Наличие пористого подслоя позволяет существенно снизить внутренние механические напряжения в получаемых структурах и повысить качество получаемых слоев.

Для исследования использовалась двухслойная гомоэпитаксиальная структура 1пР (п++-п+-п), барьер Шоттки формировался титановой металлизацией с последующим золочением, омические контакты были сделаны на основе золотогерманиевой эвтектики.

Пористые слои в кристаллах 1пР (100) п-типа проводимости (п~1018 см-3) были получены в анодном электрохимическом процессе в режиме импульсной подачи напряжения на ячейку с частотой 2 Гц.

В качестве электролитов использовались кислые (рН=0,5^1,5) водные растворы фторидов (КН4Р+ИР), хлоридов (КН4С1+ИС1) и бромидов (КВг+НВг). Напряжение на ячейке в импульсе в несколько раз превышало пороговые напряжения начала порообразования и составляло 7^10 В.

Объем пор заполнен продуктами неполного окисления 1пР, возникшими в результате его взаимодействия с анионными компонентами растворов по механизму реакции нуклеофильного замещения (исходный состав этих продуктов - 1пРХ2+п; п>2;Х - Б, С1, Вг). В процессах порообразования продукты реакции выполняют функцию твердого электролита, обеспечивающего транспорт адсорбирующих анионов к фронту реакции на дне поры. Впоследствии не исключено разложение остающихся в порах продуктов с выделе-

нием элементарного фосфора и тригалогенидов, а возможно и более сложных смешанных галогенидов, сохраняющих связи 1п - Р. На рис. 1 представлен скол подложки со сформированной пористой структурой. Хорошо различимы нитевидные поры, заполненные продуктами взаимодействия с электролитом. Глубина пористости в зависимости от состава электролита и плотности тока имела толщину в пределах 5-20 мкм и явно выраженный градиент плотности пор, направленный из объема кристалла к поверхности. Для эпи-таксиальных процессов использовали подложки с глубиной пористости 10-12 мкм.

Рис. 1. Граница раздела: пористая структура - объем кристалла

На рис. 2 показана поверхность пористой подложки. Видно, что исходная поверхность сингулярной грани практически утрачена, и произошло замещение ее системой вицинальных холмиков.

Такая структура поверхности с обилием элементарных ступеней приводит к тому, что рост эпитакси-ального слоя на начальных стадиях происходит без формирования пространственно разделенных зародышей новой фазы, по механизму встраивания адсорбирующихся компонентов в уже имеющиеся на поверхности ступени роста, что снижает энергию активации процесса зародышеобразования. Однако это же приводит к увеличению плотности дефектов в слое, выращенном непосредственно на пористой подложке, что вызывает необходимость использования дополнительного буферного нелегированного слоя.

xL = 1,76 х 103 exp

11411

TL

Рис. 3. Сформированная эпитаксиальная гомоструктура

Температуру поднимали до 675 °С, после чего систему начинали охлаждать со скоростью 2 °С/мин, при достижении 655 °С скорость охлаждения понижали до 0,5 °С/мин и при 645 °С жидкая фаза приводилась в контакт с подложкой.

Интенсивность краевой полосы люминесценции на пористой подложке выше по сравнению с «жесткой», а полуширина - меньше. Это является косвенным признаком более высокого совершенства полученных слоев (рис. 4).

моно порист

Рис. 2. Микрорельеф поверхности пористой подложки

В качестве первого (буферного) слоя использовался нелегированный слой 1пР с п=1017, для второго (рабочего) - легированный Бу с п=1016. Толщины сформированных слоев составляли 1 мкм.

Шихта формировалась путем добавления к 4,5 г индия точно взвешенных количеств 1пР. Состав подбирался таким образом, чтобы жидкая фаза при температуре эпитаксии оказывалась переохлажденной относительно температуры ликвидуса на 5-7 °С. Массы навесок для получения необходимого пересыщения определялись в соответствии с эмпирическим соотношением [1]:

Масса лигатуры - 0,2 мг.

Формирование расплавов жидких фаз проводили в отдельном процессе. Компоненты расплавов помещались в кассету , после продувки водородом она нагревалась до 675 °С и выдерживалась на протяжении 1 ч для гомогенизации расплавов. После охлаждения в кассету помещалась подложка таким образом, чтобы ее поверхность была открыта. После продувки водородом система нагревалась до 300 °С и выдерживалась в этом режиме в течение 2 ч. Этот низкотемпературный отжиг необходим для удаления из пор продуктов электрохимического травления (рис. 3).

X, мкм

Рис. 4. Спектр фотолюминесценции при 77К Значения плотности дислокаций составили для пористой подложки 5х102-103, для сплошной - 5х104-105 см-2. А подвижность носителей зарядов - 4000 и 3000 см2В-1с-1 соответственно.

Диоды с барьером Шоттки имеют минимальные значения величин обратных токов во всем диапазоне измеряемых напряжений, вплоть до напряжения лавинного пробоя ¥Пр (таблица).

Параметры диодных структур с барьером Шоттки

Тип структуры Барьер Шоттки Фв, В Обратный ток 1обр, нА (при V = 4В) Напряжение лавинного пробоя V№, В

п++-п+-п-Т1-Ли сплошная подложка 0,55 20 20

п++-п+-п-Т1-Ли пористая подложка 0,54 1 27

10

10 - V

10

<

10

10 " '-!■

10

1 ' -■- 1 -•- 2 1

■

На рис. 5 представлена прямая ветвь вольтампер-ной характеристики диодных структур с барьером Шоттки. Видно, что прямые ветви ВАХ обеих диодных структур имеют протяженные участки, описывающиеся уравнением:

I = Is exp

eV nkT

-1

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4

V, В

Рис. 5. Прямая ветвь вольтамперной характеристики диодных структур с барьером Шоттки на основе эпитаксиальных слоев 1пР, выращенных на «жесткой» (1) и пористой (2) подложках 1пР

где Is - ток насыщения; n - фактор идеальности; е -заряд электрона; V - приложенное прямое напряжение; k - постоянная Больцмана; Т - температура.

Однако структура, выращенная на пористой подложке, отличается отсутствием на начальном участке ВАХ диапазона, не описываемого экспоненциальной зависимостью. Что говорит о более широком диапазоне рабочих напряжений и лучших частотных свойствах.

Таким образом, применение пористых подложек позволяет создавать структурно совершенные активные слои InP, что может быть использовано для изготовления СВЧ диодов повышенного качества.

Литература

1. KuphalE. // J. Crystal Growth. 1984. Vol.67. P. 441-457.

2. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Т. 1. М.,

1984.

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Южно-Российский государственный технический университет (НПИ), Волгодонский институт Южно-Российского государственного технического университета_

3 февраля 2002 г.

3

6

8

УДК 539.219.621

МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК СОЕДИНЕНИЙ 1пБ1 И ОаБ1 © 2003 г. Л.С. Лунин, А.В. Благин, Д.Л. Алфимова, О.Е. Драка

Введение

В литературе отсутствуют кристаллохимические данные по бинарным соединениям InBi и GaB, поэтому анализ гетерофазных взаимодействий, необходимый для технологических процессов получения гете-роструктур на основе указанных твердых растворов, не может быть исчерпывающим. В этой связи моделирование упругих свойств твердых растворов InBi и GaBi является актуальной задачей.

1. Расчет полной энергии связи и механические свойства 1пБ1 и СаБ1

Индий образует с висмутом два устойчивых соединения, и в зависимости от состава и температуры растворов-расплавов висмут может находиться в них в трех основных формах: Bi, InBi, Соединение

InBi имеет структуру, изображенную на рис. 1 [1]. Индий отдает висмуту 3 электрона внешней оболочки, таким образом, возникает электронная конфигурация

с заполненной электронной оболочкой. Такую структуру имеют ионные кристаллы, которые состоят из ионов с замкнутыми электронными оболочками.

(001) InBi