热处理对大直径LEC SI-GaAs中缺陷及电性能的影响

论文摘要

GaAs是发展最快的第二代化合物半导体材料,具有高迁移率、直接跃迁型能带结构等优点,适合制造高频、高速器件和电路。作为基础半导体材料的半绝缘砷化镓（SI-GaAs）市场需求很大,其相关电子器件已应用到光通讯、卫星通讯、网络技术等诸多领域。器件和市场的需要对GaAs单晶材料提出了越来越高的要求,要求它在增大单晶直径的同时,还要减少晶体中的缺陷,不断提高各项物理参数及其均匀性等。因此对大直径SI-GaAs中的缺陷以及热处理对缺陷和电性能的影响研究至关重要。本文主要利用化学腐蚀法、光学显微镜和扫描电镜显示和检测6英寸LEC SI-GaAs中缺陷的分布、形貌、密度等。发现了不同形貌的位错和微缺陷。采用傅立叶变换红外光谱仪测量样品中的EL2浓度和C浓度,从而得到样品中EL2浓度和C浓度的径向分布状况。通过霍尔测量研究了热处理前后样品电参数的变化,并重点分析了热处理对EL2浓度、砷沉淀及电性能影响的机理。实验结果表明,大直径SI-GaAs晶片,经化学腐蚀后表面出现了明显的位错胞状结构和网状结构;沿样品的直径方向位错密度呈W型分布;原生样品中,沿直径方向EL2浓度中心低边缘高,而C浓度呈W型分布;经热处理后,EL2浓度和砷沉淀浓度分布均发生了变化,砷沉淀与砷间隙原子的相互转化是砷沉淀变化的原因;在热处理后,电参数也发生了变化,热处理使导电类型由n型转化成p型,受主载流子浓度明显增加,电阻率和迁移率下降,其变化是由As蒸发和As间隙原子的外扩散共同导致的。以上研究结果有助于材料和器件生产者了解晶体缺陷对于器件生产的影响并有效控制电参数,改进材料生产工艺,提高器件质量等。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 GaAs 材料的结构、性质及应用
• 1-1-1 砷化镓晶体的结构特点
• 1-1-2 砷化镓晶体性质
• 1-1-3 SI-GaAs 材料的特性
• 1-1-4 砷化镓的应用
• §1-2 SI-GaAs 单晶中的杂质与缺陷
• 1-2-1 SI-GaAs 中的主要剩余电活性杂质
• 1-2-2 SI-GaAs 中的点缺陷
• 1-2-3 SI-GaAs 中的线缺陷
• 1-2-3-1 位错类型及分布
• 1-2-3-2 位错对砷化镓性能的影响
• §1-3 SI-GaAs 中的微缺陷
• 1-3-1 微缺陷的定义
• 1-3-2 微缺陷研究现状
• §1-4 GaAs 晶体生长工艺
• §1-5 研究热处理SI-GaAs 中缺陷及电性能影响的意义
• §1-6 本论文的主要研究内容
• 第二章 实验方法与检测手段
• §2-1 缺陷的显示—电化学腐蚀法
• 2-2-1 AB 腐蚀法
• 2-2-2 超声AB 腐蚀法
• §2-2 样品检测
• 2-2-1 金相显微镜
• 2-2-2 扫描电子显微镜
• 2-2-3 红外吸收光谱仪
• 2-2-3-1 红外吸收法测量原理
• 2-2-3-2 红外吸收法的样品准备
• 2-2-4 霍尔测量系统
• 2-2-4-1 霍尔系数的测量
• 2-2-4-2 导电类型的测量
• 2-2-4-3 载流子浓度的测量
• 2-2-4-4 电阻率的测量
• 2-2-4-5 Hall 迁移率的测量
• 第三章 SI-GaAs 单晶中的本征缺陷
• §3-1 引言
• §3-2 实验过程
• 3-2-1 缺陷形貌
• 3-2-2 位错密度
• 3-2-3 As 沉淀的分布
• §3-3 实验结果与讨论
• 3-3-1 金相显微镜检测缺陷
• 3-3-2 金相显微镜检测位错密度
• 3-3-3 位错形成的原因
• 3-3-4 As 沉淀
• 3-3-5 热处理后As 沉淀的分布
• 3-3-6 热处理影响As 沉淀的机理
• §3-4 小结
• 第四章SI-GaAs 单晶中的EL2 缺陷和C 杂质
• §4-1 引言
• §4-2 LEC SI-GaAs 单晶中的深施主缺陷EL2
• 4-2-1 原生SI-GaAs 单晶中EL2 的浓度分布
• 4-2-2 热处理对EL2 浓度的影响
• 4-2-3 热处理对EL2 浓度影响的机理
• §4-3 LEC SI-GaAs 单晶中的浅受主杂质碳
• 4-3-1 LEC SI -GaAs 中碳浓度的红外测量
• 4-3-2 碳浓度沿样品直径方向的分布规律
• §4-4 小结
• 第五章 热处理对SI-GaAs 电性能的影响
• §5-1 引言
• §5-2 实验过程
• §5-3 实验结果与讨论
• 5-3-1 原生样品电参数的测量
• 5-3-2 电参数不均匀分布的机理
• 5-3-3 热处理对电参数的影响
• 5-3-4 热处理影响电参数的机理
• §5-4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果