Захват свободных носителей заряда на глубокие уровни в слоях объёмного заряда арсенида галлия

Речкунов, Сергей Николаевич

Захват свободных носителей заряда на глубокие уровни в слоях объёмного заряда арсенида галлия тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Речкунов, Сергей Николаевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Новосибирск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Захват свободных носителей заряда на глубокие уровни в слоях объёмного заряда арсенида галлия»

Автореферат диссертации на тему "Захват свободных носителей заряда на глубокие уровни в слоях объёмного заряда арсенида галлия"

На правах рукописи

Речкунов Сергей Николаевич

Захват свободных носителей заряда на глубокие уровни в слоях объёмного заряда арсенида галлия

01.04.10 - "Физика полупроводников"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

НОВОСИБИРСК 2011

9 ИЮН 2011

4849451

Работа выполнена в Институте физики полупроводников им. A.B. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор

В.Я. Принц

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

О.П. Толбанов

доктор физико-математических наук

В.А. Гриценко

Ведущая организация: Институт неорганической химии им. A.B. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук

Защита состоится « 28 » июня 2011 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 003.037.01 при Институте физики полупроводников им. A.B. Ржанова СО РАН по адресу: 630090, г. Новосибирск, пр-т Акад. Лаврентьева, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики полупроводников им. A.B. Ржанова СО РАН

Реферат разослан « 27 » мая 2011г.

Учёный секретарь диссертационного совета

доктор физико-математических наук, доцент

А.Г. Погосов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение быстродействия полупроводниковых приборов требует уменьшения их линейных размеров и использования приборных структур со слоями субмикронной толщины, что неизбежно приводит к увеличению электрических полей в активной области приборов. Вследствие разогрева носителей заряда в электрическом поле изменяется вероятность их инжекции и захвата на глубокие центры в областях пространственного заряда (ОПЗ) на межслоевых границах раздела полупроводниковой структуры. При этом захват на глубокие центры в ОПЗ происходит в присутствии сильного электрического поля, которое может оказывать значительное влияние на вероятность захвата и, тем самым, усиливать влияние процессов накопления заряда в интерфейсных областях структуры на функционирование приборов.

Несмотря на всю важность этой проблемы, влияние электрического поля на захват носителей заряда глубокими центрами в полупроводниках А3В5 мало изучено. В работе [1] было обнаружено, что в электрическом поле ОПЗ сечение захвата электронов на глубокий донор EL2 в GaAs возрастает до гигантских величин <Т>10~13см2. Данное явление совершенно нетривиально, поскольку, в электрическом поле сечение захвата на притягивающий центр должно уменьшаться, что и наблюдается для многих примесных центров в элементарных полупроводниках [2]. Теория многофононного захвата на безызлучательные центры в GaAs [3] также предсказывает уменьшение сечения захвата на центр при разогреве электронного газа [4]. Подробное изучение влияния электрического поля на захват свободных носителей заряда глубоким донором EL2 и другими безызлучательными центрами в GaAs представляется актуальной задачей.

Проблемы, связанные с захватом на глубокие центры, особенно актуальны в тонкоплёночных структурах соединений А3В5, применяемых для создания сверхбыстродействующих полевых транзисторов с затвором Шоттки (ПТШ) и интегральных схем. В данных структурах на границе раздела плёнка - полуизолирующая подложка формируется область обеднения, которая частично распространяется в проводящий активный слой структуры. Неравновесные процессы перезарядки глубоких центров в ОПЗ границы раздела приводят к модуляции проводимости токового канала транзистора, что отрицательно сказывается на функционировании GaAs ПТШ и ИС [5]. В этой связи актуальным является исследование неравновесных зарядовых процессов в области границы раздела плёнка — подложка и их влияния на характеристики приборов. Не менее важным представляется создание эффективных методов диагностики и оценки качества границы раздела в тонкоплёночных GaAs структурах и разработка специализированных приборов для неразрушающего входного контроля качества структур, предназначенных для изготовления полевых транзисторов и интегральных схем СВЧ диапазона.

Целью работы является экспериментальное исследование влияния электрического поля на захват электронов и дырок безызлучательными глубокими центрами в арсениде галлия и разработка средств неразрушающей диагностики качества тонкоплёночных n-n-i структур арсенида галлия для ПТШ и ИС. Для достижения цели решались следующие задачи:

1) постановка экспериментальных методик исследования процессов захвата на основе ёмкостных методов РСГУ, разработка низкочастотного ёмкостного спектрометра ГУ;

2) изучение процессов захвата дырок на глубокий донор EL2 в нейтральном объёме и в электрическом поле области обеднения;

3) изучение влияния сильного электрического поля ОПЗ на захват электронов и дырок глубокими центрами А, В и Fe в GaAs;

4) изучение температурной, концентрационной и полевой зависимости сечений захвата электронов и дырок на глубокие центры EL2, А, В и Fe в электрическом поле ОПЗ;

5) изучение состава глубоких уровней в буферном слое серийных n-n-i эпитаксиаль-ных MOCVD структур арсенида галлия для ПТШ и ИС;

6) изучение динамики процессов накопления и релаксации заряда в ОПЗ n-i перехода и их влияния на усилительные СВЧ параметры GaAs полевых транзисторов;

7) разработка методики и прибора для неразрушающей экспресс-диагностики качества тонкоплёночных структур GaAs, предназначенных для изготовления ПТШ и ИС.

Научная новизна

1. Проведено комплексное экспериментальное исследование процессов захвата носителей заряда на основные безызлучательные глубокие центры в GaAs в сильном электрическом поле ОПЗ. Впервые установлено, что сечения захвата дырок на глубокий донор EL2 и сечения захвата электронов и дырок на глубокие центры А, В и Fe в ОПЗ возрастают в ~102-10браз по сравнению с сечениями захвата на эти же центры в нейтральном объёме. Показано, что в электрическом поле Е ~5кВ/см сечения захвата уже достигают максимальной величины. Сильное увеличение сечений захвата электронов на притягивающие и нейтральные центры не согласуется с теорией многофононного захвата на безызлучательные центры в GaAs. Полученные данные о сечениях захвата в присутствии электрического поля Е >5кВ/см свидетельствуют о том, что глубокие центры в полупроводниковых соединениях А3В5 имеют более сложную структуру окружающего потенциала, чем элементарный кулоновский центр.

2. В работе получили дальнейшее развитие экспериментальные методы релаксационной спектроскопии глубоких уровней. Предложена и апробирована методика измерения полевой зависимости сечений захвата в электрическом поле ОПЗ. Впервые реализован метод DLTS на основе измерений низкочастотной ёмкости.

3. На основе эффекта сильнополевого захвата на глубокие центры в ОаЛэ разработана оригинальная методика диагностики качества границы раздела активный слой - полуизолирующая подложка в тонкоплёночных структурах СаАз бесконтактным способом. Методика основана на анализе динамики релаксации проводимости структуры в результате перезарядки глубоких центров в пч переходе на границе раздела. Показано, что скорость накопления и релаксации заряда в области границы раздела коррелирует с шумовыми характеристиками ОаАэ ПТШ. На базе данной методики разработана и создана не имеющая аналогов СВЧ установка неразрушающей диагностики качества ОаАэ структур, предназначенных для изготовления малошумящих ПТШ.

Практическая и научная значимость

1. В работе получена информация о влиянии электрического поля на захват электронов и дырок безызлучательными центрами в СаАз. В области обеднения процессы захвата протекают намного быстрее, чем в квази-нейтральном объёме. Так, глубокий донор ЕЬ2 в электрическом поле Е >5кВ/см становится эффективным центром захвата с гигантскими сечениями захвата, и электронов, и дырок (С>10'13см2). Сильная зависимость сечений захвата от электрического поля позволяет объяснить ряд явлений, наблюдаемых в полупроводниковых структурах на основе полуизолирующего СаАз. Полученные результаты полезны для анализа неравновесных явлений в областях объёмного заряда в приборных структурах и создания более точных физических моделей ар-сенидгаллиевых приборов.

2. Разработана и создана низкочастотная установка ёмкостной спектроскопии для исследования глубоких уровней в высокоомных образцах. С помощью данной установки получены полные и достоверные сведения о составе глубоких центров в нелегированных тонких буферных слоях серийных МОСУГ) структур СаАз для ПТШ и И С. Показано, что избыточное содержание глубоких акцепторов в буферном слое приводит к образованию проводящей прослойки р-типа и ухудшению шумовых характеристик полевых транзисторов в СВЧ диапазоне.

3. Разработана компактная СВЧ установка "ГРАН" для неразрушающей экспресс диагностики качества границы раздела плёнка - подложка в тонкоплёночных структурах. Данная установка позволила провести статистические исследования для большого числа структур разного типа и установить эмпирический критерий их пригодности для изготовления малошумящих ПТШ. Опытные образцы установки "ГРАН" успешно использовались для входного контроля качества ваЛв структур на ряде ведущих предприятий (НИИ "Сатурн", г.Киев, НИИ "Пульсар", г.Москва, НИИМЭ, г.Зеленоград, НИИПП, г.Томск, НИИИС, г.Нижний Новгород). В течение ряда лет установка "ГРАН" использовалась в ИФП СО РАН при отработке и оптимизации условий роста эпитакси-альных СаАэ, АЮаАз/ОаАз, АЮаАБ/ГпОаАз структур для полевых транзисторов.

Положения, выносимые на защиту

1. Сечения захвата электронов и дырок на глубокие центры А, В, Fe в GaAs и сечения захвата дырок на глубокий центр EL2 в GaAs в присутствии электрического поля ОПЗ Е ~ (5-90)кВ/см многократно возрастают (в 102-106раз) и достигают предельно больших величин ~(10"1s-10'13)cm2. Влияние электрического поля на захват различно для разных центров, но наиболее сильно проявляется для основного в GaAs глубокого донора EL2.

2. В диапазоне электрических полей Е ~(5-40)кВ/см сечения захвата электронов и дырок на центры EL2, А, В и Fe не зависят от напряжённости электрического поля и от концентрации свободных носителей заряда, температурная зависимость сечений захвата слабая. В электрическом поле экспоненциальная температурная зависимость сечений захвата электронов не усиливается, а исчезает вовсе.

3. Состав и концентрация глубоких центров в области перехода активный слой - полуизолирующая подложка определяет пригодность тонкоплёночных GaAs структур для малошумящих ПТШ. Повышенное содержание глубоких центров акцепторного типа в буферном слое эпитаксиальных GaAs структур приводит к увеличению коэффициента шума ПТШ в диапазоне сверхвысоких частот 4-36ГГц.

4. Диагностика процессов накопления и релаксации заряда в области границы раздела плёнка - подложка неразрушающим СВЧ методом может служить основой методики входного контроля качества тонкоплёночных GaAs структур для малошумящих ПТШ.

Личный вклад соискателя в диссертационную работу состоял в подготовке экспериментов, подготовке экспериментальных образцов, в проведении экспериментов, описанных в диссертационной работе, и обработке полученных результатов. Анализ и интерпретация результатов были выполнены совместно с научным руководителем. Подготовка материалов к публикации выполнялась совместно с соавторами. Соискатель самостоятельно разработал оригинальную установку низкочастотной ёмкостной спектроскопии ГУ, предложил и апробировал методику измерения полевой зависимости сечений захвата на глубокие уровни в ОПЗ. Разработка других методик, описанных в работе, была выполнена совместно с научным руководителем. Автор принимал самое непосредственное участие в разработке всех модификаций СВЧ установки "ГРАН" для экспресс контроля качества GaAs структур (дизайн, конструктивная проработка элементов, электронные схемы, тестирование).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе 7 статей в реферируемых научных журналах.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и совещаниях: Всесоюзная конференция по физике соединений А3В5 (Новосибирск, 1981), Всесоюзное совещание по исследованию арсенида галлия (Томск, 1982), Fourth "Lund" International conference on Deep Level Im-

purities in Semiconductors (Eger, 1983), I Всесоюзная конференция по физическим основам твердотельной электроники (Ленинград, 1989), Всесоюзное совещание по проблемам СВЧ электроники (Львов, 1990), "Микроэлектроника-94" (Звенигород, 1994), "Semi-insulating III-V materials" (Warsaw, 1994), International Conference on Defect Recognition and Image Processing in Semiconductors (Templin, 1997), Совещание по росту кристаллов, пленок и дефектам структуры кремния (Новосибирск, 2002).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и списка цитируемой литературы из 160 наименований. Общий объём диссертации составляет 168 страниц, в том числе 140 страниц текста и 28 иллюстраций.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи работы, приведены защищаемые положения, указана научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе даётся обзор релаксационных методов экспериментального исследования глубоких уровней (ГУ) в полупроводниках и описана разработка оригинальной установки релаксационной спектроскопии глубоких уровней (РСГУ).

В первой части главы рассматриваются физические принципы релаксационных методов и наиболее известные разновидности ёмкостных методов РСГУ [6]. Ёмкостные методы основаны на регистрации процессов перезарядки глубоких уровней в области обеднения барьерного перехода (р-п переход, барьер Шоттки и т.п.). В слое обеднения создаются условия, при которых преобладает один из процессов электронного обмена глубокого уровня с зоной проводимости или валентной зоной. Это позволяет независимо и с высокой точностью определить для каждого глубокого уровня в отдельности его концентрацию, энергию ионизации и сечения захвата электронов и дырок. В главе приведены основные экспериментальные процедуры определения характеристик глубоких уровней, рассмотрены особенности спектрального метода DLTS [7]. Детально рассматриваются физические процессы в области обеднения, обсуждаются основные преимущества и недостатки релаксационных методов. Подробно анализируются физические факторы, ограничивающие диапазон и точность измерения сечения захвата на ГУ в квазинейтральном объёме полупроводника и в области пространственного заряда. Обращается внимание на проблему интерпретации распределённых релаксационных процессов в слое обеднения. Приводится краткий обзор развития методов РСГУ.

Во второй части главы описана разработка оригинальной установки релаксационной спектроскопии, открывающей новые возможности исследования глубоких уровней в тонкоплёночных полупроводниковых структурах на изолирующей подложке. Из-

вестные спектрометры РСГУ на основе измерений высокочастотной (/">1МГц) ёмкости не позволяют получить достоверные сведения о глубоких уровнях в таких структурах из-за высокого последовательного сопротивления при планарной топологии контактов диодного образца. В разработанной установке ёмкость образца измеряется на низкой частоте /~5кГц, что снимает ограничения ёмкостных методов для целого класса образцов с последовательным сопротивлением до ~500к0м.

Релаксация ёмкости образца регистрируется при помощи специально разработанного малоинерционного ёмкостного моста. Оригинальной особенностью конструкции моста является двухфазная схема коммутации образца. На время действия импульса возбуждения мост блокируется, а образец подключается к источнику импульсного напряжения по короткому пути. Это решение позволило значительно снизить искажения релаксационного сигнала, возникающие в измерительном тракте при импульсном возбуждении, получить высокую чувствительность АС/С ~ 10"4, увеличить диапазон и точность измерения сечения захвата. Спектр глубоких уровней (спектр DLTS) регистрируется в автоматическом режиме, диапазон постоянной времени эмиссии составляет от 5-10"3с до 5с. Полноценная реализация ёмкостных методов РСГУ, включая метод DLTS, на основе измерений низкочастотной ёмкости осуществлена впервые.

Разработанная установка РСГУ даёт возможность реализовать разные варианты релаксационных методов (ёмкостных, токовых, РСГУ по проводимости и др.) на универсальной функциональной основе. Многорежимное устройство управления позволяет формировать сложные комбинации импульсного воздействия на образец с использованием двух и более источников электрических и оптических импульсов, что значительно расширяет возможности установки для исследования материалов со сложным спектром глубоких уровней. Основные экспериментальные результаты по глубоким центрам, приведённые в диссертации, получены с помощью данной установки. Вторая глава посвящена экспериментальному изучению влияния сильного электрического поля на захват электронов и дырок глубокими центрами в арсениде галлия. К началу работы для ряда известных глубоких центров в GaAs уже имелись подробные экспериментальные данные о сечениях захвата в отсутствии электрического поля [3,8]. Однако процессы захвата в сильном электрическом поле практически не изучались. В единственной работе на эту тему [1] сообщалось о гигантском увеличении сечения захвата электронов на глубокий донор EL2 в электрических полях Е~ 10-20 кВ/см, что не согласуется с общепринятыми модельными представлениями [2-4].

В главе приведены результаты исследования процессов захвата на основные бе-зызлучательные глубокие центры в GaAs: донорный уровень EL2 (Ее - 0.78эВ) и глубокие акцепторы А (£г+0.40эВ), В (£>+0.70эВ) и Fe (£И"0.56эВ). Глубокие уровни EL2, А и В обусловлены собственными дефектами, глубокий уровень Fe вводится при леги-

ровании примесью железа. Данные центры характеризуются наличием экспоненциального участка на температурной зависимости сечений захвата электронов [3] и представляют особый интерес для исследования.

Процессы захвата исследовались в эпитаксиальных слоях СаАв, полученных методами газотранспортной и жидкофазной эпитаксии. Во всех структурах предварительно измерялся профиль распределения свободных носителей заряда и состав глубоких уровней. Концентрация свободных носителей заряда в разных структурах варьировалась в диапазоне от -НО15 см"3 до ~6-1016 см"3. Концентрация глубоких центров в эпитаксиальных слоях не превышала '/з от концентрации свободных носителей. Образцы на основе встроенных р-п переходов изготавливались с помощью фотолитографии, барьеры Шоттки были получены термическим распылением Аи, Ag или А] в вакууме.

Процессы захвата свободных носителей заряда на глубокие уровни изучались с помощью ёмкостных методов РСГУ. Изменения концентрации заряженных центров в области обеднения регистрировались по изменению ёмкости барьерного перехода. Сечения захвата определялись, исходя из кинетики заполнения ГУ электронами или дырками при контролируемых условиях заполнения. Величина сечения захвата электронов рассчитывалась по известной формуле а = (т-п-(\\})'], где г-постоянная времени релаксации, п-концентрация электронов, СО-средняя тепловая скорость электронов. Для расчёта сечения захвата дырок использовалась аналогичная формула. Сечения захвата на глубокие уровни в отсутствии электрического поля измерялись с помощью хорошо известного метода заполняющих импульсов, - глубокие центры в области обеднения заполняются основными носителями заряда при кратковременном (импульсном) уменьшении обратного напряжения, приложенного к барьерному переходу [6].

При исследовании процессов захвата на глубокие уровни в электрическом поле ОПЗ использовались методы, основанные на монополярной инжекции электронов или дырок из квазинейтральной области полупроводника в область обеднения (рис.1). В случае оптического способа инжекции неравновесные носители заряда создаются при освещении поверхности образца сильно поглощаемым светом (йо > ) вдали от области обеднения барьерного перехода. Неравновесные электроны и дырки диффундируют вглубь образца, в ОПЗ проникают только носители заряда одного типа, например, электроны (рис.1, диаграммы 1,2) Во время пролёта через ОПЗ электроны частично захватываются на глубокие центры, сечения захвата рассчитываются из величины постоянной времени заполнения. Стационарная концентрация электронов в ОПЗ вычисляется из измеряемой величины плотности инжекционного тока ¡п =е-л-у„, где V,,-дрейфовая скорость электронов в электрическом поле ОПЗ. При электрическом способе электроны инжектируются из дополнительного р-п перехода (рис.1, диаграмма 3).

Рис.1. Монополярная инжекция электронов в область обеднения оптическим способом (1,2) и электрическим способом (3); БШ - барьер Шоттки.

Для изучения зависимости сечения захвата от напряжённости электрического поля предложена дифференциальная методика регистрации процесса захвата в узком слое Х1< х <х2 области обеднения, в котором электрическое поле "почти" постоянно. Область регистрации выделяется за счёт чередования заполнения глубоких уровней основными и неосновными носителями заряда с помощью импульсов напряжения обратного смещения и монополярной инжекции. Изменяя амплитуду импульсов смещения, можно "перемещать" границы области регистрации (х, и х2) и измерять сечение захвата при разной напряжённости среднего электрического поля в выделенном слое.

При исследовании процессов захвата в электрическом поле ОПЗ использовались экспериментальные образцы разного типа (более десятка различных вариантов). В результате мы убедились, что определяемая величина сечений захвата на одни и те же глубокие центры не зависит от конкретного способа реализации монополярной инжекции носителей заряда в область обеднения. Для исследованных центров А, В, Ре и ЕЬ2 выявлены следующие общие закономерности захвата в электрическом поле ОПЗ:

а) сечения захвата многократно возрастают уже в электрическом поле ~5кВ/см и практически не зависят от напряжённости поля в диапазоне полей Е ~ (5^40)кВ/см;

б) сечения захвата электронов и дырок увеличиваются с понижением температуры;

в) сечения захвата не зависят от концентрации свободных носителей заряда;

г) сечения захвата не зависят от концентрации мелких и глубоких центров.

Температурные зависимости сечений захвата электронов и дырок на глубокий донор ЕЬ2 приведены на рис.2. Сечения захвата дырок в нейтральном объёме (4) и в электрическом поле ОПЗ (2) получены впервые. Данные по захвату электронов (1,3) заимствованы из работ [1,8]. В нейтральном материале сечение захвата дырок имеет малую величину ~10"18см2 и не зависит от температуры. В электрическом поле ОПЗ сечение захвата дырок возрастает более чем на пять порядков и достигает <5Р >10~'3см2, зависимость от температуры остаётся слабой. Таким образом, впервые на основе прямых измерений показано, что глубокий донор ЕЬ2 в электрическом поле Е> 5кВ/см стано-

вится эффективным центром захвата в ваАБ.

Впервые получены температурные зависимости сечения захвата электронов и дырок на глубокие центры А, В и Ре в электрическом поле. Как и в случае глубокого донора ЕЬ2, сечения захвата дырок и электронов на эти центры в области обеднения значительно увеличиваются. Сечения захвата дырок на центр А возрастают более чем на порядок, а на центры В и Ре - почти на два порядка (рис.3), сведения о захвате в нейтральном объёме заимствованы из работы [3]. Влияние электрического поля на захват электронов ещё сильнее: сечения захвата возрастают почти на четыре порядка величины для центра А и на пять-шесть порядков для центров В и Ре (рис.4).

Для центров Ре, А и В исследована концентрационная зависимость сечений захвата электронов в электрическом поле. Установлено, что изменение концентрации инжектированных электронов в диапазоне ~105-И08см~3 не влияет на величину сечений захвата. Сечения захвата также не зависят и от концентрации самих центров (Ре - в диапазоне ~1-10и^2-1016см"3, А и В - в диапазоне ~2-10и-^4-10|5см_3). Отсутствие явной концентрационной зависимости сечений захвата свидетельствует о том, что в наших экспериментах захват на ГУ по ударному Оже механизму не является определяющим. С помощью дифференциальной методики для центра Ре исследована полевая зависимость сечений захвата электронов в расширенном диапазоне электрических полей. Установлено, что в диапазоне полей Е ~ (40^-90)кВ/см сечение захвата электронов падает

10"

3 6 9 12 15 1000ГГ, К'1

Рис.2. Сечения захвата электронов ап и дырок Стр на центр Е1_2 в электрическом поле ОПЗ (1,2) и в нейтральном объёме (3,4).

3 6 9 12 15 1000ГГ, К'1

Рис.3. Сечения захвата дырок на центры А(»), В(о) и Fe(«) в электрическом поле и в нейтральном объёме (-).

о з б 9 12 15

юоо/т, к-1

Рис.4. Сечения захвата электронов на центры А(»), В(о) и Fe(«) в электрическом поле и в нейтральном объёме (-).

с ростом напряжённости электрического поля. Данная зависимость проявляется сильнее при более низкой температуре (рис.5).

Е, кВ/см 1000/Т, К"1

Рис.5. Полевые (а) и температурные (Ь) зависимости сечения захвата электронов на глубокий центр Ре в ваАБ.

Полученные экспериментальные результаты показывают, что в присутствии электрического поля рекомбинационные свойства безызлучательных глубоких центров в ОаАв кардинально изменяются. Сильное увеличение сечений захвата наблюдается для глубоких центров разной природы (донор, акцептор, собственный дефект или примесный центр). Величина эффекта различна для разных центров, однако, общим для всех исследованных центров является одновременное возрастание сечений захвата электронов и дырок, вне зависимости от зарядового состояния центра захвата. Увеличение вероятности захвата в электрическом поле, по-видимому, является типичным для безызлучательных глубоких центров в СаАэ и может быть связано с особенностями электронного строения дефектов в бинарных полупроводниках.

Сильное влияние электрического поля представляется нетривиальным в случае захвата носителей заряда на не отталкивающие безызлучательные центры. Для таких центров с увеличением энергии свободных носителей ожидается понижение сечения захвата [2,4]. Известные модели захвата на глубокий центр не учитывают структуру внутрицентрового потенциала. В отличие от элементарных полупроводников, в бинарных полупроводниках типа А3В5 межатомные связи поляризованы, и вид потенциала в окрестности структурного дефекта может быть более сложным, чем кулоновский потенциал, соответствующий общему заряду дефекта. Обнаруженный эффект сильного увеличения сечений захвата можно объяснить в предположении, что глубокий центр имеет барьерный потенциал окружения в ближайшей окрестности дефекта, оставаясь при этом притягивающим или нейтральным центром на дальних расстояниях. В этом случае с увеличением энергии носителей заряда повышается "прозрачность" потенциального барьера окружения, и вероятность захвата будет значительно выше, чем в случае захвата "холодных" носителей заряда в отсутствии электрического поля.

Полученные экспериментальные результаты важны с практической точки зрения. Сильное увеличение сечений захвата в электрическом поле позволяет объяснить ряд

наблюдаемых физических явлений в арсениде галлия, таких как низкочастотные осцилляции тока [9], эффект переключения проводимости [10], отрицательная фотопроводимость [II]. Влияние электрического поля на сечения захвата необходимо учитывать и при анализе функциональных параметров арсенид галлиевых приборов, работающих в режиме сильного электрического поля, например, ОаАэ полевых транзисторов и ИС [12] или детекторов ионизирующего излучения [13].

В третьей главе эффект сильного ускорения захвата на глубокие уровни в электрическом поле ОПЗ рассматривается в прикладном аспекте применительно к проблеме диагностики качества тонкоплёночных структур арсенида галлия на полуизолирующей подложке, широко используемых для изготовления СаАв полевых транзисторов с затвором Шоттки и интегральных схем. Быстрый захват неравновесных носителей на глубокие уровни в области обеднения с сильным электрическим полем на границе раздела активный слой - подложка позволил развить простой и понятный метод неразру-шающей диагностики свойств границы раздела. Разработанная компактная СВЧ установка диагностики тонкоплёночных ОаАэ структур позволила осуществить неразру-шающий входной контроль и отбраковку структур, предназначенных для изготовления малошумящих ПТШ.

Основной проблемой в СаАз ПТШ является "паразитная" модуляция толщины токового канала транзистора со стороны подложки, что приводит к разного рода негативным эффектам и ухудшению рабочих параметров полевых транзисторов [5,14,15]. Граница раздела активный слой - полуизолирующая подложка в структурах, из которых изготавливаются ПТШ, представляет собой встроенный п-1 переход, область обеднения которого распространяется как в активный л-слой, так и в подложку. В рабочем режиме в канале ПТШ развиваются сильные электрические поля, разогревающие электроны до больших энергий ~0.4эВ. Горячие электроны могут инжектироваться в область обеднения п-1 перехода с сильным электрическим полем и с высокой вероятностью быть захваченными на глубокие уровни. Неравновесные процессы перезарядки ГУ в области п-1 перехода вследствие захвата и эмиссии электронов, приводят к изменению ширины области обеднения в л-слое и к модуляции тока в канале транзистора. Большая часть "паразитных"эффектов в ОаАв ПТШ обусловлена именно неконтролируемыми процессами накопления и релаксации заряда в области границы раздела с подложкой. Введение буферного слоя между подложкой и активным слоем ослабляет эффекты "паразитного" управления в ПТШ. Чтобы такая "изоляция" подложки была эффективной, буферный слой должен быть высокоомным, с низким содержанием электрически активных центров, что не всегда реализуется на практике.

Диагностика свойств границы раздела основана на анализе динамики именно тех неравновесных процессов, которые обуславливают эффекты "паразитного" управления

в реальных полевых приборах. Неравновесное заполнение глубоких центров в ОПЗ п-I перехода осуществляется с помощью монополярной инжекции дырок (рис.6, верхняя

диаграмма) или электронов (рис.6, нижняя диаграмма), аналогично тому, как это делалось при изучении процессов захвата в сильном электрическом поле (глава 2). Для инжекции носителей заряда используется импульсное освещение структуры со стороны активного я-слоя или со стороны подложки сильно поглощаемым светом. После выключения освещения происходит процесс релаксации накопленного заряда вследствие тепловой эмиссии или рекомбинации захваченных носителей заряда. Сечения захвата на глубокие центры в электрическом поле ОПЗ имеют гигантскую величину, что позволяет за короткое время заполнять ГУ в области обеднения п-1 перехода и наблюдать процессы релаксации захваченного заряда с постоянной времени т>10"4с. Изменение заряда в ОПЗ п-1 перехода сопровождается сужением или расширением области обеднения, проникающей в активный слой, и регистрируется по изменению интегральной проводимости исследуемой структуры. Отметим, что релаксации проводимости с характерными временами >10 4с обусловлены модуляцией толщины проводящей части активного слоя, а не фотопроводимостью.

Процессы релаксации заряда в ОПЗ границы раздела активный слой - подложка несут важную информацию о качестве структуры. В структурах с качественным буферным слоем основную роль играют процессы релаксации заряда в полуизолирующей подложке, которая компенсирована глубокими уровнями, расположенными вблизи середины запрещённой зоны (глубокий центр ЕЬ2 и/или примесь хрома). Релаксация проводимости структуры определяется медленным процессом тепловой эмиссии захваченного заряда (т>10с при комнатной температуре). Если в буферном слое или в подложке содержатся более мелкие центры, которые могут захватывать свободные носители заряда, то в релаксации проводимости структуры будет присутствовать более быстрая компонента, обусловленная тепловой эмиссией с данных центров.

Регистрация процессов накопления и релаксации заряда в области границы раздела по изменению интегральной проводимости структуры была реализована с помощью неразрушающего метода измерения проводимости на сверхвысокой частоте. Изменения проводимости активного слоя регистрируются бесконтактным способом по изменению мощности СВЧ излучения, отражённого от структуры. Полуизолирующая

п-слой буфер ¡-подложка

Рис.6. Диаграммы, поясняющие инжекцию дырок и электронов в ОПЗ п-1 перехода.

подложка ваАз в актуальном диапазоне частот 30-40 ГГц практически "прозрачна" для СВЧ излучения и не влияет на результаты измерений. В главе приведён расчёт чувст-' вительности СВЧ метода для структуры с тонким проводящим слоем на диэлектриче-I ской (не проводящей) подложке. В условиях малого возмущения проводимости структуры Дс «<т изменение коэффициента отражения СВЧ волны пропорционально изме-I нению проводимости Дет. На этой основе разработана и создана оригинальная СВЧ установка, в которой для регистрации релаксации проводимости тонкоплёночной структуры Ас(/), используется СВЧ излучение частотой /~35 ГТц. Бесконтактный метод регистрации процессов накопления и релаксации заряда в ОПЗ границы раздела тонкоплёночных п-1 и п*-п-1 структур реализован впервые.

Блок-схема разработанной СВЧ установки "ГРАН" приведена на рис.7. Измерительный тракт установки выполнен на волноводных СВЧ элементах. В качестве источника СВЧ излучения используется малогабаритный генератор на диоде Ганна. Падающее и отражённое СВЧ излучение (показано стрелками) разделяется циркулятором (Ц), мощность отражённого излучения детектируется СВЧ детектором. При малом относительном изменении проводимости структуры До(1)/с«1 изменение выходного напряжения детектора Д[/д (0 ~Дс(1). Для импульсного освещения структуры используются светодиоды А и В. Установка позволяет регистрировать релаксационные процессы с постоянной времени т~10"4-102с при относительной чувствительности До/о-2-10"5. Достигнутая чувствительность достаточна для регистрации релаксационных процессов даже в структурах с высоколегированным контактным слоем (п >2-1018см"3) толщиной ~0.2-0.3мкм, сильно шунтирующим проводимость активного слоя структуры.

Бесконтактные измерения на СВЧ существенно упростили и ускорили экспериментальную процедуру диагностики свойств границы раздела в тонкоплёночных ОаАв структурах. Благодаря разработанной установке "ГРАН" стало возможным неразру-шающим способом характеризовать процессы релаксации заряда в многослойных

Рис.7. Упрощённая схема и внешний вид СВЧ установки "ГРАН".

структурах, которые затем использовались для изготовления малошумящих ПТШ с субмикронным затвором. В результате измерений, проведенных для большого числа структур, было установлено, что полевые транзисторы, изготовленные на ОаАэ структурах, характеризующихся большим временем (т > 1 Ос) релаксации заряда в ОПЗ границы раздела, имеют наилучшие шумовые параметры в СВЧ диапазоне 4-36 ГГц.

Ширину области обеднения п-1 перехода на границе раздела можно модулировать, прикладывая внешнее постоянное или импульсное напряжение к подложке отно- | сительно активного слоя. В установке "ГРАН" впервые была реализована возможность неразрушающей диагностики статического и динамического эффекта обратного управления, играющего важную роль в СаАв интегральных схемах [12,15]. Внешнее напряжение смещения Квв прикладывается к тестируемой структуре с помощью неразру- ' шающих зондовых контактов (рис.7). Для контакта к верхнему высоколегированному слою используется прижимной металлический контакт, электрический контакт к подложке осуществляется через тонкий (~50-100мкм) слой этилового спирта, который прозрачен для используемого в установке оптического и микроволнового излучения.

Разработанная СВЧ установка "ГРАН" была применена для диагностики промышленных многослойных МОСУЭ структур арсенида галлия стандартных типов (САГ-2БК, САГ-6БК и САГИС), которые поставлялись на предприятия для изготовления ОаАэ ПТШ и ИС. Большая часть исследованных структур (>80%) характеризовалась малым временем релаксации заряда в области границы раздела (от <10 Зс до ~0.1с при комнатной температуре). Для того чтобы выяснить, чем обусловлена высокая скорость релаксации заряда, в нескольких типичных структурах со слабо проводящим буферным слоем были измерены спектры глубоких уровней и их концентрация в переходной области активный слой - подложка. Это удалось сделать благодаря разработанной ранее низкочастотной установке ёмкостной спектроскопии ГУ, которая позволяет исследовать глубокие уровни в высоко-омных тонких слоях.

В буферных слоях исследованных структур содержалось, как минимум, пять глубоких уровней в диапазоне энергий ~0.2-Ю.8 эВ выше потолка запрещённой зоны (ловушки дырок), а глубокие уровни в верхней половине запрещённой зоны в концентрации свыше ~1013см"3 отсутствовали. Типичный ОЬТБ спектр ловушек дырок приведён на рис.8. Более мелкий уровень НТО (£к+0.2эВ) контролирует проводимость буферного слоя и в

Рис.8. Типичный спектр глубоких уровней в буферном слое МС)С\/0 структур СаАэ; постоянная времени эмиссии - ЮОмс.

спектре ОЬТБ не проявляется. Глубокие уровни НТО и НТ1 (£г+0.3эВ) обусловлены собственными дефектами и характерны для арсенида галлия, полученного методами газотранспортной эпитаксии, остальные три уровня соответствуют примесям металлов Си (£'[-+0.4эВ), Ре (£(-+0.56эВ) и Сг (£^0.8эВ), характерных для СзАб [16]. В исследованных структурах доминировали ловушки дырок НТО, НТ1 и Сг в концентрации ~(1.5+4)-1015 см"3, суммарная концентрация данных глубоких центров в буферном слое составляла ~{0.8-^2)-1016 см"3. В некоторых структурах отмечалось увеличение концентрации глубоких центров по направлению к подложке.

Высокая концентрация глубоких центров акцепторного типа ухудшает изоляционные свойства буферных слоев в исследованных структурах. При суммарной концентрации центров > 1016 см"3 ширина ОПЗ на границе раздела активный слой - буферный слой недостаточна для полного перекрытия буферного слоя по всей толщине, в результате чего внутри буферного слоя остаётся даже проводящая прослойка р-типа. Скорость "стирания" заряда в ОПЗ на границе раздела активный и-слой - ¿»-буферный слой увеличивается за счёт рекомбинации свободных дырок.

Проблема качества границы раздела плёнка - подложка в тонкоплёночных структурах актуальна не только для арсенида галлия. Методы СВЧ диагностики границы раздела могут быть применены и для тонкоплёночных структур, разрабатываемых на основе других материалов, таких как кремний или новый перспективный для СВЧ микроэлектроники материал - нитрид галлия. На основе анализатора "ГРАН" разработана установка для диагностики структур кремний-на-сапфире (КНС), позволяющая нераз-рушающим способом регистрировать быстрые релаксационные процессы с постоянной времени т >5нс. Показано, что релаксация нестационарной фотопроводимости в тонкоплёночных структурах КНС имеет сложный вид и содержит быструю и медленную компоненту. Амплитуда и постоянная времени компонент релаксации зависит от полярности и величины напряжения, приложенного к границе раздела кремний - сапфир, что позволяет судить о полярности встроенного интерфейсного заряда.

Основные результаты и выводы диссертационной работы

В диссертационной работе обобщены результаты исследований глубоких центров в ар-сениде галлия и тонкоплёночных структурах на его основе. В ходе работы проведено детальное исследование необычного эффекта сильного ускорения захвата носителей заряда на притягивающие и нейтральные глубокие центры в сильном электрическом поле ОПЗ. На основе этого явления разработана методика, позволяющая решить проблему неразрушающей диагностики качества границы раздела в тонкоплёночных полупроводниковых ОаАв структурах на полуизолирующей подложке. Разработанные СВЧ приборы неразрушающей диагностики применялись для изучения свойств и оптимизации качества полупроводниковых структур, а также для входного экспресс - контроля ваАБ структур, предназначенных для серийного производства малошумящих ПТШ,

1. Экспериментально исследовано влияние электрического поля на захват дырок глубоким донором ЕЬ2 в ОаАэ. В интервале температур Т=300-77°К определены сечения захвата дырок, как в нейтральном объёме, так и в электрическом поле ОПЗ. Установлено, что в присутствии электрического поля Е >5кВ/см сечение захвата дырок возрастает более чем на пять порядков и достигает величин о>10'|3см2. Таким образом, впервые на основе прямых измерений сечений захвата доказано, что в сильном электрическом поле основной глубокий донор в ОаАв становится эффективным центром захвата и рекомбинации с гигантскими сечениями захвата электронов и дырок.

2. Экспериментально исследованы процессы захвата электронов и дырок на глубокие акцепторы А, В, и Ре в ОаАв в электрическом поле. Установлено, что в электрическом поле Е >5кВ/см захват электронов и дырок на эти центры существенно ускоряется по сравнению с их захватом на данные центры в нейтральном объёме - сечения захвата дырок возрастают на один-два порядка, сечения захвата электронов увеличиваются на четыре-шесть порядков и превышают ~10'15см2. В присутствии электрического поля сечения захвата электронов имеют иную и существенно более слабую зависимость от температуры, чем предсказывает теория безызлучательного многофононного захвата.

3. С помощью предложенной дифференциальной методики исследована полевая зависимость сечений захвата. Установлено, что сечения захвата электронов и дырок достигают максимальной величины уже в электрическом поле Е ~5кВ/см и практически не зависят от напряжённости электрического поля вплоть до полей Е ~40кВ/см. Для глубокого центра Ре показано, что с увеличением электрического поля в диапазоне Е ~(40-90)кВ/см сечение захвата электронов снижается, эффект усиливается с понижением температуры.

4. Установлено, что в электрическом поле £-(10-20) кВ/см сечения захвата электронов на глубокие центры А, В и Ре не зависят от концентрации свободных электронов и от концентрации самих центров. Отсутствие явной концентрационной зависимости свиде-

тельствует, что в условиях наших экспериментов механизм захвата на данные центры в электрическом поле ОПЗ не определяется ударными процессами типа Оже.

5. Основным фактором ускорения процессов захвата на центры ЕЬ2, А, В, и Ре в электрическом поле ОПЗ является сильная зависимость вероятности захвата от энергии свободных носителей заряда, независимо от того, является ли для них центр захвата нейтральным или притягивающим кулоновским центром. Предложено качественное объяснение явления.

6. Разработана методика диагностики качества тонкоплёночных л+-и-<, и-/ структур соединений А3В5 на полуизолирующей подложке, основанная на регистрации изменений проводимости структуры, вызванных перезарядкой глубоких центров в ОПЗ границы раздела плёнка - подложка. Неравновесное заполнение глубоких центров в области границы раздела создаётся за счёт инжекции и быстрого захвата носителей заряда в электрическом поле ОПЗ «-/ перехода. Показано, что полевые транзисторы с затвором Шоттки, изготовленные на ОаАэ структурах с большим временем релаксации заряда (т >10с), имеют наименьший уровень шума в диапазоне частот 4-361Тц.

7. При помощи разработанной установки низкочастотной ёмкостной спектроскопии исследован состав глубоких центров в буферных слоях типовых МОСУБ структур ар-сенида галлия, предназначенных для изготовления ПТШ и ИС СВЧ диапазона. Выявлена схема доминирующих глубоких уровней и установлено, что суммарная концентрация глубоких акцепторов в буферных слоях превышает Это приводит к неполному обеднению буферного слоя и образованию проводящей прослойки р-типа вблизи границы раздела с подложкой. Структуры с проводящим буферным слоем характеризуются малым временем релаксации заряда в интерфейсной области.

8. Разработана компактная СВЧ установка для неразрушающей диагностики качества тонкоплёночных полупроводниковых структур на изолирующей подложке. Изменения интегральной проводимости структуры регистрируются бесконтактным способом на сверхвысокой частоте ~35ГГц. В установке впервые реализована возможность неразрушающей диагностики статического и динамического эффекта обратного управления, имеющего важное значение для СаАв интегральных схем. Опытные образцы установки переданы на ряд предприятий и использовались в качестве средства входного контроля качества тонкоплёночных структур арсенида галлия для ПТШ и ИС.

9. Применение разработанных методов и приборов может быть расширено для диагностики качества вновь разрабатываемых тонкоплёночных приборных структур и структур на основе других материалов. Возможности СВЧ метода продемонстрированы на примере исследования нестационарной фотопроводимости в структурах КНС.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

Al. Prinz V.Ya., Rechkunov S.N. Influence of a strong electric field on the carrier capture by nonradiative deep level centers in GaAs. -physica status solidi (b), 1983, v. 118, no.l, p. 159-166. (индекс цитирования ~70)

A2. Речкунов C.H.. Принц В.Я. Низкочастотный спектрометр глубоких уровней в полупроводниках. -ПТЭ, 1986, вып.5, с.182-185.

A3. Zeman J., Smid V., Kristofik J., Hubik P., Mares J.J., Prinz V.Ya., Rechkunov S.N. Deep levels in GaAsi_xPx under high hydrostatic pressure. -Crystal Properties & Preparations, 1989, V.19&20, p.29-32.

A4. Принц В.Я., Речкунов C.H. Выявление неоднородности встроенного заряда в МДП структурах на основе арсенида индия при измерении профиля легирования. -Микроэлектроника, 1990, т. 19, вып.З, с.252-257.

А5. Речкунов С.Н.. Самойлов В.А., Принц В.Я. Исследование глубоких уровней в буферных слоях эпитаксиальных структур арсенида галлия, предназначенных для изготовления ИС и ПТШ. -Микроэлектроника, 1995, т.25, вып.5, с.389-392. А6. Принц В.Я., Речкунов С.Н.. Самойлов В.А., Булдыгин А.Ф. Неразрушающие методы и прибор для контроля качества многослойных структур, предназначенных для изготовления ИС и ПТШ СВЧ диапазона. -Наука производству, 2001, №12, с.34-37. А7. Prinz V.Ya., Buldygin A.F., Rechkunov S.N.. Samoylov V.Ya. New methods for microwave nondestructive characterization of the multilayer structures grown on SI substrates. -In: "Semi-Insulating III-V Materials", ed. by Godlewski M„ World Scientific, 1994, p.159-162. A8. Prinz V.Ya., Rechkunov S.N.. Samoylov V.A. Correlation between high-speed device performance and defects in multilayer structures recognized by nondestructive microwave methods. -Inst. Phys. Conf. Series No. 160,1998, p.487-490.

A9. Принц В.Я., Самойлов В.А., Речкунов C.H.. Иващук А.В., Иваницкий О.П. Влияние свойств исходного материала на характеристики полевых транзисторов Шоттки с субмикронным затвором. -Труды Всесоюзного совещания по проблемам СВЧ электроники, Львов, 1990.

А10. Принц В.Я., Речкунов С.Н. Захват электронов и дырок в сильном электрическом поле на безызлучательные центры в GaAs. -Тезисы докладов I Всесоюзной конференции по физике соединений А3В5, с.208-209, Новосибирск, 1981.

All. ПринцВ.Я., Булдыгин А.Ф., Речкунов С.Н.. Самойлов В.А. Неразрушающий контроль эффекта обратного управления в полупроводниковых структурах А3В5. -Труды Российской конференции "Микроэлектроника - 94", ч.1, с. 195-198, Звенигород, 1994.

А12. Речкунов С.Н.. Самойлов В.А., Принц В.Я. Исследование глубоких уровней в буферных слоях эпитаксиальных структур арсенида галлия, предназначенных для изготовления полевых транзисторов с барьером Шоттки и интегральных схем. -В кн.: Полупроводники (сборник научных трудов ИФП), п/ред. чл.-корр. РАН Неизвестного И.Г., Новосибирск: Наука, 1993, с.28-30.

А13. Принц В.Я., Булдыгин А.Ф., Речкунов С.Н.. Самойлов В.А. Новые методы нераз-рушающего СВЧ контроля многослойных структур на полуизолирующей подложке. -В кн.: Полупроводники (сборник научных трудов ИФП), п/ред. чл.-корр. РАН Неизвестного И.Г., Новосибирск: Наука, 1995, с.29-33.

А14. Принц В.Я., Речкунов С.Н. Влияние электрического поля на захват электронов и дырок безызлучательными центрами GaAs. -Тезисы Пятого Всесоюзного совещания по исследованию арсенида галлия, с.57-58, Томск, 1982.

А15. Prinz V.Ya., Rechkunov S.N. Influence of strong electric field on the carrier capture by nonradiative deep level centers in GaAs. -Abstracts of the 4th "Lund" International conference on Deep Level Impurities in Semiconductors, p.93, Eger, Hungary, 1983. A16. Булдыгин А.Ф., Бородовский П.А., ПетуровН.А., Речкунов С.Н.. Самойлов В.А. Контроль качества структур кремний на сапфире СВЧ методами. -Тезисы Совещания по росту кристаллов, плёнок и дефектам структуры кремния, с. 198, Новосибирск, 2002. Al7. Самойлов В.А., Речкунов С.Н.. Принц В.Я. Особенности перекрытия канала ПТШ, связанные с границей раздела активный слой - буферный слой. -Расширенные тезисы 1 Всесоюзной конференции по физическим основам твердотельной электроники, том А, с.287-288, Ленинград, 1989.

Al8. Принц В.Я., Речкунов С.Н.. Самойлов В.А. Исследование свойств буферных слоев в многослойных структурах арсенида галлия для ИС и ПТШ. -Расширенные тезисы I Всесоюзной конференции по физическим основам твердотельной электроники, том А, с.147-148, Ленинград, 1989.

А19. Бородовский П.А., Булдыгин А.Ф., ПетуровН.А., Речкунов С.Н.. Самойлов В.А. Контроль качества структур КНС СВЧ методом. -Микроэлектроника, 2008, т.37, №2, с.1-10.

Цитируемая литература

1. Принц В.Я., Бобылев Б.А. О влиянии сильного электрического поля на захват электронов бе-зызлучательными центрами в GaAs. -ФТП, 1980, т.14, в.9, с.1839-1841.

2. Абакумов В.Н., Перель В.И., Яссиевич И.Н. Безызлучательная рекомбинация в полупроводниках. -С.-Петербург: Издательство ПИЯФ им. Б.П. Константинова РАН, 1997,376с.

3. Henry С.Н., Lang D.V. Nonradiative capture and recombination by multiphonon emission in GaAs and GaP. -Phys. Rev. B, 1977, v.15, №2, p. 989-1016.

4. Passler R. Hot-carrier effects in non-radiative multiphonon capture by deep traps in semiconductors. -J. Phys. C: Solid State Phys., 1984, v.17, №33, p.5957-5974.

5. Полевые транзисторы на арсениде галлия. Принципы работы и технология изготовления, -под ред. Ди Лоренцо Д.В и Канделуола Д.Д. //пер. с англ.: -М: Радио и связь, 1988,496с.

6. Miller G.L., Lang D.V., Kimerling L.C. Capacitance transient spectroscopy. -Annu. Rev. Mater. Sci., 1977, v. 7, p.377-448.

7. Lang D.V. Deep-level transient spectroscopy: A new method to characterize traps in semiconductors. -J. Appl. Phys., 1974, v.45, №7, p.3023-3032.

8. Mittoneau A., Mircea A., Martin G.M., Pons D. Electron and hole capture cross-sections at deep centers in gallium arsenide. -Rev. Phys. Appl. (Paris), 1979, v. 14, №10, p.853-861.

9. Neumann A. Slow domains in semi-insulating GaAs. -J. Appl. Phys., 2001, v.90, №1, p.1-26.

10. Принц В.Я., Бородовский П.А., Булдыгин А.Ф. Сильнополевой эффект переключения проводимости эпитаксиальных слоев GaAs и 1пР на полуизолирующих подложках. -ФТП, 1987, т.21, №8, с.1517-1519.

11. Wieder Н.Н., Hanson С.М., Zuleeg R. Electric field-induced negative photoconductivity in GaAs. -J. Appl. Phys., 1986, v.59, №11, p.3911-3913.

12. Makram-Ebeid S., Minondo P. The roles of the surface and bulk of the semi-insulating substrate in low-frequency anomalies of GaAs integrated circuits. -IEEE Trans. Electron. Dev., 1985, v.32, №3, p.632-642.

13. McGregor D.S., RojeskiR.A., Knoll G.F., TenyF.L, East J., EisenY. Evidence for field enhanced electron capture by EL2 centers in semi-insulating GaAs and the effect on GaAs radiation detectors. -J. Appl. Phys., 1994, v.75, №12, p.7910-7915.

14. KocotC., Stolte C.A. Backgating in GaAs MESFET's.- .- IEEE Trans. Electron. Devices, 1982, v.ED-29, №6, p.1059-1064.

15. Rocchi M. Status of the surface and bulk parasitic effects limiting the performances of GaAs IC's. -PhysicaB, 1985, v.129B, p. 119-138.

16. MitonneauA., Martin G.M., Mircea A. Hole traps in bulk and epitaxial GaAs crystals. -Electron. Lett., 1977, v.13, №22, p.666-667.

Подписано в печать 24.05.2011. Заказ № 112. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Типография Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Речкунов, Сергей Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Физические основы релаксационных методов исследования глубоких уровней в полупроводниках. Разработка спектрометра глубоких уровней.

§1.1. Феноменологические характеристики глубоких уровней.

§ 1.2. Методы релаксационной спектроскопии объёмного заряда.

§1.3. Ёмкостные методы релаксационной спектроскопии.

§1.4. Определение спектра глубоких уровней методом ОЬТЯ.

§1.5. Разработка низкочастотной ёмкостной установки РСГУ.

§1.6. Результаты и в ыв оды.

ГЛАВА 2. Экспериментальное исследование захвата электронов и дырок на глубокие уровни в СаАв в присутствии сильного электрического поля.

§2.1. Механизмы влияния электрического поля на захват.

§2.2. Объекты и задачи экспериментального исследования.

§2.3. Методика измерения сечений захвата на ГУ в электрическом поле.

§2.4. Приготовление и характеризация образцов. Техника эксперимента.

§2.5. Эксперименгальные результаты.

2.5.1. Захват дырок и электронов на глубокий уровень ЕЬ2.

2.5.2. Захват дырок и электронов на глубокие уровни А, В, Ре.

2.5.3. Полевая и концентрационная зависимость сечения захвата электронов на глубокий уровень Ре в области обеднения.

§2.6. Результаты и выводы.

ГЛАВА 3. Роль глубоких уровней и процессов захвата в полевых СаАв приборах. Разработка метода и установки для неразрушающей диагностики многослойных приборных структур арсенида галлия для ПТШ и ИС.

§3.1. Роль глубоких уровней в арсенидгаллиевых структурах для ПТШ и ИС.

§3.2. Экспериментальное исследование эпитаксиальных MOCVD структур арсенида галлия, предназначенных для серийного производства ПТШ и ИС.

§3.3. Влияние качества буферного слоя на характеристики GaAs ПТШ.

§3.4. Методика диагностики глубоких уровней в области границы раздела плёнка-подложка в GaAs структурах для ПТШ и ИС.

§3.5. Измерение релаксации проводимости тонкоплёночной структуры на СВЧ.

§3.6. Разработка опытной установки для неразрушающей диагностики тонкоплёночных полупроводниковых структур. Практические применения.

Введение диссертация по физике, на тему "Захват свободных носителей заряда на глубокие уровни в слоях объёмного заряда арсенида галлия"

Повышение быстродействия полупроводниковых приборов фебует уменьшения их линейных размеров и использования приборных структур со слоями субмикронной толщины, что неизбежно приводит к увеличению электрических полей в активной области приборов. Разогрев свободных носителей заряда в электрическом поле изменяет вероятность их инжекции и захвата на глубокие центры в облаем ях пространственного заряда (ОПЗ), в частности, в ОПЗ на межслоевых границах раздела приборной структуры. При этом и сам акт захвата происходит в присутствии сильного электрического поля ОПЗ, которое можег оказывать значительное влияние на рекомбинационные свойства глубоких центров и, тем самым, усиливать влияние процессов захвата и накопления заряда на функционирование полупроводниковых приборов.

Влияние электрического поля на процессы захвата глубокими центрами в полупро

3 5 водниках А В мало изучено, несмотря на всю важность данной проблемы. В 1980г. было обнаружено, что в электрических полях Е ~10-20кВ/см сечение захвата электронов на глубокий донор ЕЬ2 в ОаАэ возрастает и становится гигантским (ст>10"13см2) в широком интервале температур [1]. Данное явление совершенно нетривиально, поскольку, исходя из общих представлений о процессах захвата [2], в электрическом поле сечение захвата на притягивающий центр должно уменьшаться, что обычно и наблюдалось для примесных центров в элементарных полупроводниках и ве. Теория многофононного захвата на бе-зызлучательные центры в ОаАэ [3] также предсказывает уменьшение сечения захвата при разогреве электронного газа [4]. Детальное изучение влияния электрического поля на захват свободных носителей заряда глубоким донором ЕЬ2 и другими глубокими центрами в ОаАэ является актуальной задачей, как с фундаментальной, так и с прикладной точки зрения.

Проблемы, связанные с захватом на глубокие центры, особенно актуальны для тонкоплёночных структур на основе соединений А3В5, применяемых для создания быстродействующих полевых транзисторов Шоттки (ПТШ) и интегральных схем (ИС) диапазона сверхвысоких частот (СВЧ). В таких структурах на границе раздела плёнка - полуизолирующая подложка формируется область пространственного заряда, частично распространяющаяся в проводящий активный слон структуры. Неравновесные процессы перезарядки глубоких центров в ОПЗ границы раздела приводят к модуляции проводимости токового канала транзистора, что отрицательно сказывается на функционировании ПТШ и ИС [5]. В этой связи актуальным является исследование неравновесных зарядовых процессов в области границы раздела плёнка — подложка и их влияния на характеристики полевых приборов. Не менее важным представляется создание эффективных методов диагностики качества границы раздела в тонкоплёночных полупроводниковых структурах и разработка специализированных приборов для неразрушающего входного контроля качества структур, предназначенных для изготовления полевых транзисторов и интегральных схем.

Целью работы является экспериментальное исследование влияния сильного электрического поля на захват свободных носителей заряда безызлучательными. глубокими центрами в ар-сениде галлия и создание методов и средств неразрушающей диагностики качества тонкоп-лёиочных n+-n-i структур арсенида галлия для ПТШ и ИС. Для достижения цели решались следующие задачи:

1) постановка экспериментальных методик исследования процессов захвата на основе ёмкостных методов, разработка низкочастотной установки ёмкостной спектроскопии ГУ;

2) исследование процессов захвата дырок на основной глубокий донор EL2 в нейтральном объёме и в электрическом поле области обеднения, изучение влияния сильного электрического поля на захват электронов и дырок глубокими акцепторами А, В и Fe в GaAs;

3) выявление основных закономерностей захвата на центры EL2, А, В и Fe в электрическом поле: изучение температурной, концентрационной и полевой зависимости сечений захвата;

4) изучение состава глубоких центров в нелегированном буферном слое типовых п'-пА эпитаксиальных структур ОаАэ для ПТШ и ИС, выявление связи между динамикой процессов накопления и релаксации заряда в ОПЗ п — 1 перехода и СВЧ параметрами полевых транзисторов, поиск критерия оценки качества границы раздела активный слой - подложка;

5) разработка методики и прибора для неразрушающей экспресс - диагностики качества тонкопленочных структур А3В5, предназначенных для изготовления ПТШ и ИС.

Научная новизна.

Проведено комплексное экспериментальное исследование процессов захвата носителей заряда на основные безызлучательные глубокие центры в ОаАэ в сильном электрическом поле. Впервые обнаружено, что сечения захвата дырок на глубокий донор ЕЬ2 и сечения за

2 6 хвата электронов и дырок на акцепторные центры А, В и Ре возрастают в ~10 -10 раз по г сравнению с сечениями захвата в нейтральном объёме, а не уменьшаются, как следует из теории многофононного захвата электронов на безызлучательные центры в ОаАэ. Характер температурной и полевой зависимости сечений захвата в электрических полях Е ~(5-90) кВ/см показывает, что вероятность захвата на данные центры в существенной степени определяется разогревом свободных носителей заряда, - в электрическом поле £~5кВ/см сечения захвата уже достигают максимальных величин. Обнаруженное сильное увеличение сечений захвата на притягивающие и нейтральные центры в СаАэ в присутствии электрического поля Е >5кВ/см свидетельствует о том, что глубокие центры в полупроводниковых соединениях А3В5 имеют более сложную структуру потенциала, чем элементарный кулоновский центр.

В работе получили дальнейшее развитие экспериментальные методы релаксационной спектроскопии ГУ. Предложена новая методика измерения полевой зависимости сечений захвата в электрическом поле ОПЗ. Впервые реализован метод БЬТБ на основе измерений низкочастотной ёмкости. Установлена схема доминирующих ГУ в буферном слое типовых промышленных MOCVD структур арсенида галлия для ПТШ и ИС. Предложена и апробирована методика диагностики качества внутренней границы раздела плёнка - полуизолирующая подложка в тонкоплёночных структурах А3В5, основанная на анализе динамики процессов перезарядки глубоких центров в ОПЗ границы раздела. Разработана и создана не имеющая аналогов СВЧ установка для неразрушающей экспресс - диагностики качества тонкоплёночных структур GaAs для малошумящих ПТШ и ИС.

Положения, выносимые на защиту

1. Сечения захвата электронов и дырок на глубокие центры А, В, Fe в GaAs и сечения захвата дырок на глубокий центр EL2 в GaAs в присутствии электрического поля ОПЗ

Е~ (5-90)кВ/см многократно возрастают (в 102-106раз) и достигают предельно больших величин ~(10"15-10"13)см2. Влияние электрического поля на захват различно для разных центров, но наиболее сильно проявляется для основного в GaAs глубокого донора EL2.

Практическая и научная значимость.

В работе получена новая научная информация о влиянии электрического поля на захват носителей заряда безызлучательными центрами в GaAs. В области пространственного заряда процессы захвата протекают намного быстрее, чем в нейтральном объеме, независимо от того, является ли центр захвата притягивающим или нейтральным для свободных носителей заряда. Так, глубокий донор EL2 в электрическом поле Е >5кВ/см становится эффективным центром захвата и рекомбинации с гигантскими сечениями захвата, как электронов, так и дырок (а>10"13см2). Сильное увеличение сечений захвата в электрическом поле позволяет объяснить ряд физических явлений, наблюдаемых в полупроводниковых структурах на основе полуизолирующего GaAs (низкочастотные осцилляции тока, эффект переключения проводимости и усиление эффекта обратного управления в тонкопленочных n-i структурах, уменьшение чувствительности рентгеновских детекторов и др.). Полученные результаты полезны для анализа неравновесных явлений в областях объёмного заряда на интерфейсных границах раздела в приборных структурах и создания более точных физических моделей арсенидгаллиевых приборов, работающих в режиме сильных электрических полей.

Разработана и создана низкочастотная установка ёмкостной спектроскопии для исследования глубоких уровней в высокоомных образцах. С помощью этой установки стало возможным получить полные и достоверные сведения о составе глубоких центров в нелегированных буферных слоях типовых MOCVD структур арсенида галлия, используемых для изготовления ПТШ и ИС. Показано, что избыточное содержание глубоких акцепторов и нарушение компенсации буферного слоя приводит к образованию проводящих прослоек р-типа проводимости и ухудшению шумовых характеристик полевых транзисторов в СВЧ диапазоне. Проведённые исследования стимулировали работы по оптимизации качества серийно выпускаемых эпитаксиальных структур GaAs. ■ . " 12 . ■ •. ■ На основе эффекта сильнополевого захвата на глубокие центры в GaAs создана методика диагностики свойств границы раздела в n-i структурах А3В5 и разработана компактная СВЧ установка ("ГРАН") для неразрушаюгцего экспресс-контроля качества границы! раздела плёнка - подложка в тонкоплёночных структурах А3В5. Данная установка позволила провести статистические исследования для большого числа структур разного типа и установить критерии их пригодности для изготовления ПТШ и ИС. Опытные образцы установки "ГРАН" в течение ряда лет успешно использовались для входного контроля качества структур арсенида таллия при производстве ПТШ и, ИС на ведущих предприятиях (НИИ "Сатурн", г.Киев, НИИ "Пульсар", г.Москва, НИИМЭ, г.Зеленоград, НИИПП, г.Томск, и дрО- В течение длительного, периода установка "ГРАН" использовалась в ИФП СО РАН, г.Новосибирск, при разработке эпитаксиальных GaAs, AlGaAs/GaAs, GaAs/InGaAs структур для ПТШ.

Публикации и апробация работы. |

По материалам диссертационной работы опубликовано 19 печатных работ, в том числе, 7 статей в реферируемых научных журналах. Список опубликованных работ-приведён в заключительной части диссертации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и совещаниях: Всесоюзная конференция по физике со

1 г - - ' " . единений А В (Новосибирск, 1981), Всесоюзное совещание по исследованию арсенида галлия (Томск, 1982), Fourth "Lund" International conference on Deep Level Impurities in Semiconductors (Eger, 1983), I Всесоюзная конференция по физическим основам твердотельной электроники (Ленинград, 1989), Всесоюзное совещание по проблемам СВЧ электроники (Львов, 1990), "Микроэлектроника-94" (Звенигород, 1994), "Semi-insulating III-V materials" (Warsaw, 1994), International Conference on Defect Recognition and Image Processing in Semiconductors (Templin, .1997), Совещание по росту кристаллов, пленок и дефектам структуры кремния (Новосибирск, 2002).

Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

Основные результаты и выводы диссертационной работы.

1. Экспериментально исследовано влияние электрического поля на захват дырок глубоким донором ЕЬ2 в ОаАэ. В интервале температур Т=300-77°К определены сечения захвата дырок, как в нейтральном объёме, так и в электрическом поле ОПЗ. Установлено, что в присутствии электрического поля £>5кВ/см сечение захвата дырок возрастает более чем на пять порядков и достигает величин а >10" см . Таким образом, впервые на основе прямых измерений сечений захвата доказано, что в сильном электрическом поле основной глубокий донор в ваАв становится эффективным центром захвата и рекомбинации с гигантскими сечениями захвата электронов и дырок.

2. Экспериментально исследованы процессы захвата электронов и дырок на глубокие акцепторы А, В, и Бе в ваАв в электрическом поле. Установлено, что в электрическом поле Е >5кВ/см захват электронов и дырок на эти центры существенно ускоряется по сравнению с их захватом на данные центры в нейтральном объёме - сечения захвата дырок возрастают на один-два порядка, сечения захвата электронов увеличиваются на четыре-шесть порядков и превышают ~10"15см2. В присутствии электрического поля сечения захвата электронов имеют иную и существенно более слабую зависимость от температуры, чем предсказывает теория безызлучательного многофононного захвата.

3. С помощью предложенной дифференциальной методики исследована полевая зависимость сечений захвата. Установлено, что сечения захвата электронов и дырок достигают максимальной величины уже в электрическом поле Е ~5кВ/см и практически не зависят от напряжённости электрического поля вплоть до полей £~40кВ/см. Для глубокого центра Ре показано, что с увеличением электрического поля в диапазоне Е ~(40-90)кВ/см сечение захвата электронов снижается, эффект усиливается с понижением температуры.

4. Установлено, что в электрическом поле Е~{ 10-20) кВ/см сечения захвата электронов на глубокие центры А, В и Бе не зависят от концентрации свободных электронов и от концентрации самих центров. Отсутствие явной концентрационной зависимости свидетельствует, что в условиях наших экспериментов механизм захвата на данные центры в электрическом поле ОПЗ не определяется ударными процессами типа Оже.

5. Основным фактором ускорения процессов захвата на центры EL2, А, В, и Fe в электрическом поле ОПЗ является сильная зависимость вероятности захвата от энергии свободных носителей заряда, независимо от того, является ли для них центр захвата нейтральным или притягивающим кулоновским центром. Предложено качественное объяснение явления.

6. Разработана методика диагностики качества тонкоплёночных n-n-i, n-i структур соединений А3В5 на полуизолирующей подложке, основанная на регистрации изменений проводимости структуры, вызванных перезарядкой глубоких центров в ОПЗ границы раздела плёнка - подложка. Неравновесное заполнение глубоких центров в области границы раздела создаётся за счёт инжекции и быстрого захвата носителей заряда в электрическом поле ОПЗ n-i перехода. Показано, что полевые транзисторы с затвором Шоттки, изготовленные на GaAs структурах с большим временем релаксации заряда (т>10с), имеют наименьший уровень шума в диапазоне частот 4-36ГГц.

7. При помощи разработанной установки низкочастотной ёмкостной спектроскопии исследован состав глубоких центров в буферных слоях типовых MOCVD структур арсенида галлия, предназначенных для изготовления ПТШ и ИС СВЧ диапазона. Выявлена схема доминирующих глубоких уровней и установлено, что суммарная концентрация некомпенсированных глубоких акцепторов в буферных слоях превышает ~1016см"3. Это приводит к неполному обеднению буферного слоя и образованию проводящей прослойки р-типа вблизи границы раздела буферный слой; - подложка. Структуры с проводящим буферным слоем характеризуются малым временем релаксации заряда в интерфейсной области.

8. Разработана компактная СВЧ установка для неразрушающей диагностики качества тонкоплёночных полупроводниковых структур на изолирующей подложке. Изменения интегральной проводимости структуры регистрируются бесконтактным способом на сверхвысокой частоте ~35ГГц. В установке впервые реализована возможность неразрушающей диагностики статического и динамического эффекта обратного управления, имеющего важное значение для GaAs интегральных схем. Опытные образцы установки переданы на ряд предприятий и использовались в качестве средства входного контроля качества тонкоплёночных структур арсенида галлия для ПТШ и ИС.

9. Применение разработанных методов и приборов может быть расширено для диагностики качества вновь разрабатываемых тонкоплёночных приборных структур и структур на основе других материалов. Возможности СВЧ методики продемонстрированы на примере исследования нестационарной фотопроводимости в структурах кремний-на-сапфире.

Основные материалы диссертации отражены в следующих публикациях: AI. Prinz V.Ya., Rechkunov S.N. Influence of a strong electric field on the carrier capture by non-radiative deep level centers in GaAs. -physica status solidi (b), 1983, v.l 18, no.l, p.159-166. A2. Речкунов C.H., Принц В.Я. Низкочастотный спектрометр глубоких уровней в полупроводниках. -ПТЭ, 1986, вып. 5, с.182-185.

A3. Zeman J., Smid V., BCristofik J., Hubik P., Mares J.J., Prinz V.Ya., Rechkunov S.N. Deep levels in GaAsi-xPx under high hydrostatic pressure. -Crystal Properties & Preparations, 1989, v.19&20, p.29-32.

А5. Речкунов С.Н., Самойлов В.А., Принц В.Я. Исследование глубоких уровней в буферных слоях эпитаксиальных структур арсенида галлия, предназначенных для изготовления ИС и ПТШ. -Микроэлектроника, 1995, т.25, вып.5, с.389-392.

А6. Принц В.Я., Речкунов С.Н. Самойлов В.А., Булдыгин А.Ф. Неразрушающие методы и прибор для контроля качества многослойных структур, предназначенных для изготовления ИС и ПТШ СВЧ диапазона. -Наука производству, 2001, №12, с.34-37.

А7. Prinz V.Ya., Buldygin A.F., Rechkunov S.N., Samoylov Y.Ya. New methods for microwave nondestructive characterization of the multilayer structures grown on SI substrates. -In: "Semi-Insulating III-V Materials", ed. by Godlewski M., World Scientific, 1994, p. 159-162. A8. Prinz V.Ya., Rechkunov S.N. Samoylov V.A. Correlation between high-speed device performance and defects in multilayer structures recognized by nondestructive microwave methods. -Inst. Phys. Conf. Series No. 160, 1998, p.487-490.

A9. Принц В.Я., Самойлов В.А., Речкунов C.H., Иващук А.В., Иваницкий О.П. Влияние свойств исходного материала на характеристики полевых транзисторов Шоттки с субмикронным затвором. -Труды Всесоюзного совещания по проблемам СВЧ электроники, Львов, 1990.

А11. Принц В.Я., Булдыгин А.Ф., Речкунов С.Н., Самойлов В.А. Неразрушающий контроль эффекта обратного управления в полупроводниковых структурах А3В5. -Труды Российской конференции "Микроэлектроника - 94", ч.1, с.195-198, Звенигород, 1994. А12. Речкунов С.Н., Самойлов В.А., Принц В.Я. Исследование глубоких уровней в буферных слоях эпитаксиальных структур арсенида галлия, предназначенных для изготовления полевых транзисторов с барьером Шоттки и интегральных схем. -В кн.: Полупроводники (сборник научных трудов ИФП), п/ред. чл.-корр. РАН Неизвестного И.Г., Новосибирск: Наука, 1993, с.28-30.

А13. Принц В.Я., Булдыгин А.Ф., Речкунов С.Н. Самойлов В.А. Новые методы неразру-шающего СВЧ контроля многослойных структур на полуизолирующей подложке. -В кн.: Полупроводники (сборник научных трудов ИФП), п/ред. чл.-корр. РАН Неизвестного И.Г., Новосибирск: Наука, 1995, с.29-33.

А15. Prinz V.Ya., Rechkunov S.N. Influence of strong electric field on the carrier capture by non-radiative deep level centers in GaAs. -Abstracts of the 4th "Lund" International conference on Deep Level Impurities in Semiconductors, p.93, Eger, Hungary, 1983.

A16. Булдыгин А.Ф., Бородовский П.А., ПетуровН.А., Речкунов С.Н., Самойлов В.А. Контроль качества структур кремний на сапфире СВЧ методами. -Тезисы Совещания по росту кристаллов, плёнок и дефектам структуры кремния, с. 198, Новосибирск, 2002. А17. Самойлов В. А., Речкунов С.Н. Принц В.Я. Особенности перекрытия канала ПТШ, связанные с границей раздела активный слой - буферный слой. -Расширенные тезисы I Всесоюзной конференции по физическим основам твердотельной электроники, том А, с.287-288, Ленинград, 1989.

А18. Принц В.Я., Речкунов С.Н., Самойлов В.А. Исследование свойств буферных слоев в многослойных структурах арсенида галлия для ИС и ПТШ. -Расширенные тезисы I Всесоюзной конференции по физическим основам твердотельной электроники, том А, с.147-148, Ленинград, 1989.

А19. Бородовский П.А., Булдыгин А.Ф., Петуров Н.А., Речкунов С.Н., Самойлов В.А. Контроль качества структур КНС СВЧ методом. -Микроэлектроника, 2008, т.37, №2, с.1-10.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе обобщены результаты экспериментальных исследований глубоких центров в арсениде галлия и тонкоплёночных структурах на его основе. В ходе работы было проведено комплексное исследование нового физического явления - сильного увеличения сечений захвата электронов и дырок на притягивающие и нейтральные безыз-лучательные глубокие центры в GaAs в электрическом поле области обеднения. Получены новые данные о температурной, полевой и концентрационной зависимости сечений захвата электронов и дырок на глубокие центры А, В, Fe и EL2 в GaAs. Данное явление выходит за рамки существующих представлений о механизмах захвата свободных носителей заряда на глубокие центры в GaAs. Изученное явление сильного увеличения сечения захвата на глубокие уровни в присутствии электрического поля важно для понимания особенностей функционирования арсенид галлиевых приборов, в частности полевых транзисторов с барьером Шоттки и интегральных схем на их основе. Целый ряд явлений, наблюдающихся в структурах на основе полуизолирующего GaAs, можно объяснить за счёт эффекта сильнополевого захвата на глубокие центры.

В серийных эпитаксиальных структурах GaAs для ПТШ и ИС выявлен состав доминирующих глубоких уровней в буферном слое, обуславливающих повышенный шум ПТШ в СВЧ диапазоне. Исходя из этих данных, была развита методика, позволяющая решить проблему неразрушающей диагностики качества границы раздела в тонкоплёночных полупроводниковых структурах А3В5 на полуизолирующей подложке. На основе данной методики разработана компактная СВЧ установка неразрушающего экспресс контроля. СВЧ установки использовались для входного контроля качества многослойных GaAs структур на ведущих предприятиях в области арсенидгаллиевой СВЧ микроэлектроники. Благодаря данной установке в ИФП СО РАН было существенно улучшено качество эпитаксиальных структур А3В5 для ПТШ и НЕМТ, выращиваемых методом МЛЭ

Диссертационная работа выполнена в Институте физики полупроводников им. A.B. Ржанова СО РАН под руководством д.ф.-м.н., профессора Принца В.Я. Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю как вдохновителю и инициатору многих исследований, отражённых в диссертационной работе, и приложившему немало усилий для её успешного завершения.

Настоящая работа была выполнена благодаря помощи и участию многих людей, как сотрудников ИФП СО РАН, так и коллег из других организаций. Автор выражает особую признательность

Чикичеву С.И. за выращивание и предоставление ЖФЭ структур GaAs,

Иващуку A.B. и Иваницкому О.П. за предоставление данных об измерениях шумовых и усилительных характеристиках GaAs ПТШ в СВЧ диапазоне,

Булдыгину А.Ф. за постоянную помощь и инициативу при разработке СВЧ установки.

Личный вклад соискателя в диссертационную работу состоял в подготовке экспериментов, подготовке экспериментальных образцов, в проведении практически всех экспериментов, описанных в диссертационной работе, и обработке полученных результатов. Анализ и интерпретация результатов были выполнены совместно с научным руководителем. Подготовка материалов к публикации и подготовка материалов на научные конференции выполнялась совместно с соавторами публикаций. Автор самостоятельно разработал и создал оригинальную установку низкочастотной ёмкостной спектроскопии ГУ, предложил и апробировал методику измерения полевой зависимости сечения захвата. Разработка других методик, описанных в работе, была выполнена совместно с научным руководителем и другими сотрудниками. Автор принимал самое непосредственное участие в разработке всех модификаций СВЧ установки экспресс контроля качества GaAs структур: дизайн, конструктивная проработка, электронные схемы, сборка, тестирование.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Речкунов, Сергей Николаевич, Новосибирск

1. Принц В.Я., Бобылев Б. А. О влиянии сильного электрического поля на захват электронов безызлучательными центрами в GaAs. -ФТП, 1980, т.14, в.9, с.1839-1841.

3. Henry С.Н., Lang D.V. Nonradiative capture and recombination by multiphonon emission in GaAs and GaP. -Phys. Rev. B, 1977, v.15, №2, p. 989-1016.

4. Passler R. Hot-carrier effects in non-radiative multiphonon capture by deep traps in semiconductors. -J. Phys. C: Solid State Phys., 1984, v. 17, №33, p.5957-5974.

6. Lang D.V. Deep-level transient spectroscopy: A new method to characterize traps in semiconductors. -J. Appl. Phys., 1974, v.45, №7, p.3023-3032.

7. Miller G.L., Lang D.V., Kimerling L.C. Capacitance transient spectroscopy. -Annu. Rev. Mater. Sci., 1977, v.7, p.377-448.

8. Shockley W., Read W.T.,Jr. Statistics of the recombinations of holes and electrons.- Phys. Rev., 1952, v.87, №5, p.835-842.

9. SahC.T. Bulk and interface imperfections in semiconductors.- Solid-State Electron., 1976, v.19, №12, p.975-990.

10. Grimmeiss H.G. Deep level impurities in semiconductors.- Annu. Rev. Mater. Sci., 1977, v.7, p.341-376.

11. Lang D.V., Logan R.A. A study of deep levels in GaAs by capacitance spectroscopy.-J. Electron. Mater., 1975, v.4, №5, p.1045-1051.

12. Mitonneau A., Martin G.M., Mircea A. Investigation of minority deep levels by a new optical method.- Inst. Phys. Conf. Series, 1977, v.33a, p.73-83.

13. BrunwinR., Hamilton B., Jordan P., Peaker A.R. Detection of minority-carrier traps using transient spectroscopy.- Electron Lett., 1979, v. 15, №12, p.349-350.

14. YauL.D., SahC.T. Quenched-in centers in silicon p+-n junctions.- Solid-State Electon., 1974, v.17, №2, p.193-201.

15. Prinz V.Ya,, Rechkunov S.N. Influence of a strong electric field on the carrier capture by non-radiative deep level centers in GaAs.- physica status solidi (b), 1983, v.ll8,№l, p. 159-166.

16. Brotherton S.D. Photocurrent deep level transient spectroscopy.- J. Appl. Phys., 1984, v.55, №10, p.3636-3643.

17. Rosier L.L., SahC.T. Thermal emission and capture of electrons at sulfur centers in silicon.-Solid-State Electron., 1971, v.14, №1, p.41-54.

18. Wang A.C., SahC.T. New method for complete electrical characterization of recombination properties of traps in semiconductors.- J. Appl. Phys., 1985, v.57, №10, p.4645-4656.

19. Mitonneau A., Mircea A., Martin G.M., Pons D. Electron and hole capture cross-sections at deep centers in gallium arsenide.- Rev. Phys. Appl. (Paris), 1979, v.14, №10, p.853-861.

20. Goto G., Yanagisawa S., Wada O., Takanashi H. Determination of deep-level energy and density profiles in inhomogeneous semiconductors.- Appl. Phys. Lett., 1973, v.23, №3, p.150-151.

21. Pals J.A. Properties of Au, Pt, Pd and Rh levels in silicon measured with a constant capacitance technique.- Solid-State Electron., 1974, v.17, №11, p.l 139-1145.

22. Zylbersztejn A. Trap depth and electron capture cross section determination by trap refilling experiments in Schottky diodes.- Appl. Phys. Lett., 1978, v.33, №2, p.200-203.

23. Pons D. Accurate determination of the free earner capture kinetics of deep traps by spacecharge methods.- J. Appl. Phys., 1984, v.55, №10, p.3644-3657.

24. Lang D.V. Space-charge spectroscopy in semiconductors.- In: Thermally Stimulated Relaxation in Solids, ed. by BraunlichP., Topics of Applied Physics -Berlin: Springer-Verlag, 1979, v.37, p.93-133.

25. Misrachi S., Peaker A.R., Hamilton B. A high sensitivity bridge for measurement of deep states in semiconductors.- J. Phys. E: Sci. Instrum., 1980, v.13, №10, p.1055-1061.

26. Braitenstein O.A. A capacitance meter of high absolute sensitivity suitable for scanning DLTS application.- physica status solidi (a), 1982, v.71, №1, p. 159-167.

27. Lefevre H., Schulz M. Double correlation technique (DDLTS) for the analysis of deep level profiles in semiconductors.- Appl. Phys., 1977, v.12, №1, p.45-51.

28. Stievenard D., Lannoo M., Bourgoin J.C. Transient capacitance spectroscopy in heavily compensated semiconductors.- Solid-State Electron., 1985, v.28, №5, p.485-492.

29. DeJule R.Y., Haase M.A., Ruby D.S., Stillman G.E. Constant capacitance DLTS circuit for measuring high purity semiconductors.- Solid-State Electron., 1985, v.28, №6, p.639-641.

30. Kennedy D.P., Murley P.C., Kleinfelder W. On the measurement of impurity atom distribution in silicon by the differential capacitance technique.- IBM J. Res. Dev., 1968, v. 12, p.399-409.

31. Baccarani G., Rudan M., Spadini G., Maes H., Vandervorst W., Van Overstraeten R. Interpretation of C-V measurements for determining the doping profile in semiconductors.- Solid-State Electron., 1980, v23, №1, p.65-71.

32. Johnson W.C., Panousis P.T. The influence of Debye length on the (C-V) measurement of doping profiles.- IEEE Trans, on Electron. Devices, 1971, v.ED-18, №10, p.965-973.

33. Wu C.P., Douglas E.C., Mueller C.W. Limitation of the (C-V) technique for ion-implanted profiles,- IEEE Trans, on Electron. Devices, 1975, v.ED-22, №6, p.319-328.

34. Golio G.M., Trew R.J., Maracas G.N., Lefevre H. A modeling technique for characterizing ion-implanted material using C-V and DLTS data.- Solid-State Electron., 1984, v.27, №4, p.367-373.

35. Lehovec К., Zuleeg R. Mobility, dopant and carrier distribution at the interface between semiconducting and semi-insulating gallium arsenide- Inst. Phys. Conf. Series, 1975, No.24, p.292-306.

36. Принц В.Я., Самойлов В.А. О контроле емкостными методами эпитаксиальных структур GaAs, предназначенных для изготовления ИС и ПТШ.- Микроэлектроника, 1989, т. 18, в.5, с.416-420.

37. Принц В.Я., Речкунов С.Н. Выявление неоднородности встроенного заряда в МДП структурах на основе арсенида индия при измерении профиля легирования.- Микроэлектроника, 1990, т.19, вып.З, с.252-257.

38. Kimerling L.C. Influence of deep traps on the measurement of fiee-carrier distribution in semiconductors by junction capacitance techniques.- J. Appl. Phys., 1974, v.45, №4, p.1839-1845.

39. Balland В., Remaki В., Marchand J.J. NECM: free carrier profilometry in semiconductors in the presence of high trap density by non-equilibrium capacitance measurements.-J. Phys. E: Sci. Instrum., 1988, v.21, №6, p.559-564.

40. Broniatowski A., BlosseA., Srivastava P.C., BourgoinJ.C. Transient capacitance measurement on resistive samples.- J. Appl. Phys., 1983, v.54, №6, p.2907-2910.

41. Речкунов C.H., Принц В.Я. Низкочастотный спектрометр глубоких уровней в полупроводниках.- ПТЭ, 1986, в.5, с. 182-185.

42. BraunlichP., KelllyP., FillardJ.-P. Thermally stimulated luminescence and conductivity. -In: Thermally Stimulated Relaxation in Solids, ed. by Braunlich P., Topics of Applied Physics -Berlin: Springer Verlag, 1979, v.37, p.35-92.

43. Lang D.V. Fast capacitance transient apparatus: Application to ZnO and О centres in GaP p-n junctions.- J. Appl. Phys., 1974, v.45, №7, p.3014-3022.

44. Borsuk J.A., Swanson R.M. Current transient spectroscopy: A high-sensitivity DLTS system.-IEEE Trans. Electron. Devices, 1980, v.ED-27, №12, p.2217-2225.

45. Farmer J.W., Lamp C.D., Meese J.M. Charge transient spectroscopy.- Appl. Phys. Lett., 1982, v.41, №11, p.1063-1065.

46. Hurtes Ch., Boulou M., Mitonneau A., Bois D. Deep-level spectroscopy in high-resistivity materials.- Appl. Phys. Lett., 1978, v.32, №12, p.821-823.

47. Zylbersztejn A., Bert G., Nuzillat G. Hole traps and their effects in GaAs MESFETs.- In: Gal-liurn Arsenide and Related Compounds 1978, Inst. Phys. Conf. Series, 1979, v.45, p.315-319.

48. Miller G.L., Ramirez J.V., Robinson D.A.H. Correlation method for semiconductor transient signal measurement.- J. Appl. Phys., 1975, v.46, №6, p.2638-2644.

49. Day D.S., Tsai M.J., Streetman B.G., Lang D.V. Deep-level transient spectroscopy: System effects and data analysis.- J. Appl. Phys., 1979, v.50, №8, p.5093-5098.

50. Ferenszi G., Kiss J. Principles of the optimum lock-in averageing in DLTS measurement.- Acta Phys. Acad. Hung., 1981, v.50, №3, p.285-290.

51. Crowell C.R., Alipanahi S. Transient distortion and n-th order filtering in deep level transient spectroscopy (DnLTS).- Solid-State Electron., 1981, v.24, №1, p.25-36.

52. Wagner E.E., HillerD., Mars D.E. Fast digital apparatus for capacitance transient analysis.-Rev. Sci. Instrum., 1980, v.51, №9, p.1205-1211.

53. Kirchner P.D., SchaffW.J., Maracas G.N., Eastman L.F., Chappell T.I., RansonC.M. The analysis of exponential and nonexponential transients in deep-level transient spectroscopy.-J. Appl. Phys., 1981, v.52, №11, p.6462-6470.

54. OkuyamaM., TakakuraH., Hamakawa Y. Fourier-transformation analysis of deep level transient signal in semiconductors.- Solid-State Electron., 1983, v.26, №7, p.689-694.

55. Кечек А.Г., Кузнецов Н.И., Лебедев А.А. Повышение разрешающей способности в методах ёмкостной спектроскопии глубоких уровней. -Ленинград, 1987, -26 с. (препринт №1144 -ФТИ им. А.Ф. Иоффе).

56. Guldberg J. A simple signal analyser for d.l.t.s.- J. Phys. E: Sci. Instrum., 1977, v.10, №10, p.1016-1018.

57. Jansson L., Kumar V., Ledebo L.-A., Nideborn K. A sensitive and inexpensive signal analyser for deep level studies.- J. Phys. E: Sci. Instrum., 1981, v. 14, №4, p.464-467.

58. Wang K.L. A system for measuring deep-level spatial concentration distributions.-J. Appl. Phys., 1982, v.53, №1, p.449-453.

59. Johnson N.M., Bartelink D.J., Gold R.B., Gibbons J.F. Constant-capacitance DLTS measurement of defect-density profiles in semiconductors.- J. Appl. Phys., 1979, v.50, №7, p.4828-4833.

60. Самойлов В.Я., Принц В.Я. Ёмкостный спектрометр глубоких уровней.- ПТЭ, 1985, №5, с.178-181.

61. Asada К., Sugano Т. Simple microcomputer-based apparatus for combined DLTS-C-V measurement.- Rev. Sci. Instrum., 1982, v.53, №7, p.1001-1007.

62. Chen J.-W., Ко R.J., Brzezinski D.W., Forbes L., Dell'Oca C.J., Bulk traps in silicon-on-sapphire by conductance DLTS.- IEEE Trans. Electron. Devices, 1981, v.ED-28, №3, p.299-304.

63. Kolev P.V., Deen M.J. Constant resistance deep-level transient spectroscopy in submicron metal-oxide-semiconductor field-effect transistors.- J. Appl. Phys., 1998, v.83, №2, p.820-825.

64. Bonch-Bruevich V.L., Landsberg E.G. Recombination mechanisms.- phys. status solidi, 1968, v.29, №1, p.9-43.

65. Бонч-Бруевич B.JI. Коэффициенты рекомбинации при наличии кулоновского барьера. -ФТТ (сб. статей), 1959, т.П, с.182-185.

66. Алексеева В.Г., Жданова Н.Г., Каган М.С., Калашников С.Г., Ландсберг С.Г. Захват горячих электронов центрами Си2- в германии.- ФТП, 1972, т.6, №2, с.316-322.

67. Lax М. Cascade Capture of Electrons in Solids.- Phys. Rev., 1960, v.l 19, №5, pl502-1523.

68. Henry C.H., Kukimoto H., Miller G.L., Merritt F.R. Photocapacitance studies of the oxygen donor in GaP. II. Capture cross sections.- Phys. Rev. B, 1973, v.7, №6, p.2499-2507.

69. Ridley B.K. On the photoionisation cross-sections of deep levels in semiconductors.-J. Phys. C, 1978, v.l 1, №11-12, p2323-2341.

70. StonehamA.M. Non-radiative transitions in semiconductors.- Rep. Prog. Phys., 1981, v.44, p.1252-1295.

71. Passler R. Electron temperature dependences of nonradiative multiphonon hot-electron capture coefficients of deep traps in semiconductors. I. Small lattice relaxation. -Solid-State Electron., 1984, v.27, №2, p.155-166.

72. Mircea A., Mittoneau A., Hollan L., Briere A. Outdiffusion of deep electron traps in epitaxial GaAs.- Appl. Phys., 1976, v.ll, №2, p. 153-158.

73. Makram-Ebeid S., Gautard D., Devillard P., Martin G.M. Outdiffusion of main electron trap in bulk GaAs.- Appl. Phys. Lett., 1982, v.40, №2, p. 161-163.

74. Chantre A., Vincent G., Bois D. Deep-level optical spectroscopy in GaAs.- Phys. Rev. B, 1981, v.23, №10, p.5335-5359.

75. Kleverman M., Omling P., Ledebo L.-A., Grimmeiss H.G, Electrical properties of Fe in GaAs.- J. Appl. Phys., 1983, v.54, №2, p.814-819.

76. Wang Z.-G., Ledebo L.-A., Grimmeiss H.G. Electronic properties of native deep-level defects in liquid-phase epitaxial GaAs.- J. Phys. C, 1984, v. 17, №2, p.259-272.

77. Mittoneau A., Martin G.M., Mircea A. Hole traps in bulk and epitaxial GaAs crystals.- Electron. Letters, 1977, v. 13, №22, p.665-666.

78. Чикичев С.И., Калухов B.A. Анизотропный захват двух собственных глубоких центров при жидкофазной эпитаксии арсенида галлия,- Письма в ЖЭТФ, 1983, т.9, в.20, с.1221-1224.

79. Mallik К., Dhar S. Dominant traps in liquid phase epitaxial GaAs studied by controlled doping with indium and antimony.- phys. stat. solidi (b), 1994, v. 184, p.393-398.

80. Yakusheva N.A., Prinz V.Ya., Bolkhovityanov Yu.B. Discovery of electron traps in LPE GaAs grown from a bismuth melt.- phys. stat. solidi (a), 1986, v.95, p.K43-K46.

81. Caldas M.G., Dabrovski J., Fassio A., Scheffler M. Anion-antisite-like defects in III-V compounds.- Phys. Rev. Lett., 1990, v.65, №16, p.2046-2049.

82. Zang S.B., Chadi D.J. Cation antisite defects and antisite-interstitial complex in gallium arsenide.- Phys. Rev. Lett., v.64, №15, p. 1789-1792.

83. Passler R. Comment on various attempts to interpret the electron capture properties of the B centre in gallium arsenide.- J. Phys. C, 1980, v. 13, №31, p.L901-L906.

84. Burt M.G. Electron capture by multiphonon emission at the B centre in gallium arsenide.-J. Phys. C, 1979, v. 12, №22, p.4827-4832.

85. Morante J.R., Carceller J.E., Barbolla J., Cartujo P. Interpretation of the electron capture by multiphonon emission at native levels in LPE gallium arsenide.- J. Phys. C, 1982, v. 15, №7, p.L175-L178.

86. Burt M.G. Comment on the interpretation of the electron capture by multiphonon emission at native levels in LPE gallium arsenide.- J. Phys. C, 1982, v. 15, №27, p.L965-L968.

87. Martin G.M., MittoneauA., MirceaA. Electron traps in bulk and epitaxial GaAs crystals.-Electron. Letters, 1977, v. 13, №7, p. 191-192.

88. Martin G.M., Farges J.P., Jacob J., Hallais J.P., Poiblaud G. Compensation mechanisms in GaAs.- J. Appl. Phys., 1980, v.51, №5, p.2840-2852.

89. Johnson E.J., Kafalas J.A., Davies R.W. The role of deep-level centers and compensation in producing semi-insulating GaAs.- J. Appl. Phys., 1983, v.54, №1, p.204-207.

90. Blakemore J.S., DobrillaP. Factors affecting the spatial distribution of the principal midgap donor in semi-insulating gallium arsenide wafers.- J. Appl. Phys., 1985, v.58, №1, p.204-207.

91. Lagowski J., Gatos H.C., Parsey G.M., Wada K., Kaminska M., Walukievicz W. Origin of the 0.82-eV electron trap in GaAs and annihilation by shallow donors.- Appl. Phys. Lett., 1982, v.40, №4, p.342-344.

92. Wang W.L., Li S.S., Lee D.H. On the physical origins of the EL2 center in GaAs.-J. Electrochem. Soc., 1986, v. 133, №1, p. 196-199.

93. Kowalski G., Collins S.P., Moore M. Lattice relaxation and metastability of the EL2 defect in semi-insulating GaAs and low temperature GaAs.- J. Appl. Phys., 2000, v.87, №8, p.3663-3668.

94. MakramEbeid S., Lannoo M. Quantum model for phonon-assisted tunnel ionization of deep levels in a semiconductor.- Phys. Rev., 1982, v.B25, №10, p.6406-6424.

95. Dobaczewski L. An anisotropic electric field effect for EL2 in GaAs.- Acta Phys. Polonica, v.A67,№l, p. 117-120.

96. Орлов O.M., Принц В.Я., Скок Э.М. Прибор для автоматического измерения профиля концентрации мелких уровней.- ПТЭ, 1979, №4, с.258-261.

97. Mori Y., WatanabeN. A new etching solution system, H3PO4-H2O2-H2O, for GaAs and its kinetics.- J. Electrochem. Soc., 1978, v.125, №9, p.1510-1513.

98. Принц В.Я. Метод релаксационной спектроскопии глубоких уровней, использующий инжекцию дырок в контакте металл-полупроводник.- II Всесоюзное совещание по глубоким уровням в полупроводниках, тез. докл. (часть II), Ташкент, 1980, с. 103-104.

99. Houston P.A., Evans A.G.R. Electron drift velocity in n-GaAs at high electric fields.- Solid-State Electron., 1977, v.20, №2, pl97-204.

100. Dalai V.L. Hole velocity in p-GaAs.- Appl. Phys. Lett., 1970, v.16, №12, p.489-491.

101. Vorobev Yu.V, Tolpygo E.I., Sheinkman M.K. The Auger process with energy transfer to the bound charge carriers in multi-valley semiconductors.- phys. stat, solidi (b), 1984, v. 123, p.295-308.

102. Воробьёв Ю.В. О влиянии сильного электрического поля на захват электронов на глубокие примесные уровни в полупроводниках с разноэнергетичными долинами зоны проводимости.- ФТП, 1982, т.16, в. 11, с.2033-2035.

103. Шлихтов С.Н. Исследование глубоких центров в фосфиде галлия методами ёмкостной спектроскопии. —Автореф.дис. .канд.физ.-мат.наук, -Ленинград, 1984, -16с.

104. Dadgar A., Engelhardt R., Kuttler M., Bimberg D. Capacitance transient study of the deep Fe acceptor in indium phospide. -Phys. Rev. B, 1997, v.56, №16, p. 10241-10248.

105. WiederH.H., Hanson C.M., ZuleegR. Electric field-induced negative photoconductivity in GaAs. -J. Appl. Phys., 1986, v.59, №11, p.3911-3913.

106. KaminskaM., ParseyJ.M., Lagowski J., Gatos H.C. Current oscillations in semi-insulating GaAs associated with field-enhanced capture of electrons by the major deep donor EL2. -Appl. Phys. Lett., 1982, v.41, №10, p.989-991.

107. Johnson D.A., Puechner R.A., Maracas G.N. Thermal and spectral dependence of low-frequency oscillations in semi-insulating GaAs:In. -J. Appl. Phys., 1990, v.67, №1, p.300-306.

108. Piazza F., Christianen P.C.M., Maan J.C. Electric field dependent EL2 capture coefficient in semi-insulating GaAs obtained from propagating high field domains. -Appl. Phys. Lett., 1996, v.69, №13, p. 1909-1911.

109. Neumann A. Slow domains in semi-insulating GaAs. -J. Appl. Phys., 2001, v.90, №1, p. 1-26.

110. Принц В.Я., Бородовский П.А., БулдыгинА.Ф. Сильнополевой эффект переключения проводимости эпитаксиальных слоев GaAs и InP на полуизолирующих подложках. -ФТП, 1987, т.21, №8, с.1517-1519.

111. Cola A., ReggianiL., Vasanelli L. An extended drift-diffusion model of semi-insulating n-GaAs Schottky-barrier diodes.- Semicond. Sci. Technol., 1997, v.12, №11, p.1358-1364.

112. IIuY.F., LingC.C, Beling C.D., FungS. Saturated electric field effect at semi-insulating GaAs-metal junctions studied with a low energy positron beam.- J. Appl. Phys., 1997, v.82, №8, p.3891-3899.

113. Cavallini A., Polenta L. Mott barrier behavior by enhanced donorlike level neutralization in semi-insulating GaAs Schottky diodes. -Phys. Rev. B, 2004, v.70, №7, 075208(5).

114. Makram-Ebeid S., Minondo P. The roles of the surface and bulk of the semi-insulating substrate in low-frequency anomalies of GaAs integrated circuits. -IEEE Trans. Electron. Dev., 1985, v.32, №3, p.632-642.

115. McGregor D.S., Rojeski R.A., Knoll G.F., et al. Evidence for field enhanced electron capture by EL2 centers in semi-insulating GaAs and the effect on GaAs radiation detectors. -J. Appl. Phys., 1994, v.75, №12, p.7910-7915.

116. Lehovec K. The interface between semiconducting epitaxial GaAs and a semi-insulating substrate.- CRC Critical Rev. Solid State Sci., 1975, №11, p.475-484.

117. Tranduc H., Rossel P., Graffeuil J., Azizi C., Nuzillat G., Bert G. Substrate and interface effects in GaAs FET's.- Rev. Phys. Appl., 1978, v. 13, №12, p.655-659.

118. Zylbersztejn A., BertG., Nuzillat G Hole traps and their effect in MESFETs. Inst. Phys. Conf. Ser., 1979, v.45, p.315-325.

119. Zylbersztejn A. The effects of deep levels in GaAs MESFETs.- Physics B+C, 1983, v. 117& 118B+C, Pt. 1, p.44-49.

120. Rocchi M. Status of the surface and bulk parasitic effects limiting the performances of GaAs IC's. Physica B, 1985, v.129B, p.l 19-138.

121. Костылев С.А., Прохоров Е.Ф., Уколов A.T. Влияние полуизолирующей подложки на параметры арсенидгаллиевых полевых транзисторов с барьером Шоттки. -Обзоры по электронной технике, сер.1. Электроника СВЧ., 1986, вып.7, с.2-40.

122. Хвелидзе Л.В., Хучуа Н.П. Эффект управления по подложке в активных элементах ИС на основе арсенида галлия.- Зарубежная электронная техника, 1987, №9, с.69-94.

123. Костылев С.А., Прохоров Е.Ф., Уколов А.Т. Явления токопереноса в тонкоплёночных арсенидгаллиевых структурах.-Киев: Наукова думка, 1990, 144с.

124. Kocot С., Stolte С.А. Backgating in GaAs MESFET's.- .- IEEE Trans. Electron. Devices, 1982, v.ED-29, №6, p. 1059-1064.

125. ItohT., YanaiN. Stability of performance and interfacial problems in GaAs MESFET's.-IEEE Tians. Electron. Dev., 1980, v.ED-27, №6, p. 1037-1045.

126. Itoh Т., Yanai H. Long-term drift of GaAs MESFET characteristics and its dependence on substrate with buffer layer.- Inst. Phys. Conf. Ser., 1979, v.45, p.326-334.

127. ItohT., YanaiH. Experimental investigation of interface traps in GaAs planar devices by DLTS and PITS metods.- Inst. Phys. Conf. Ser., 1981, v.56, p.537-546.

128. Anholt R., Sigmon T.W. Mechanism of EL2 effects on GaAs field-effect transistor threshold voltages.- J. Appl. Phys., v.62, №9, p.3995-3997.

129. Dobiilla P., Blakemore J.S. GaAs field-effect transistor properties, as influenced by the local concentiations of midgap native donors and dislocations.- Appl. Phys. Lett., 1985, v.47, №6, p.602-604.

130. Su S.L., Thome RE., Fisher R., Lyons W.G., Markoc M. Influence of buffer thickness on the performance of GaAs field effect transistors prepared by molecular beam epitaxy- J. Vac. Sci. Technol., 1982, v.21, №4, p.961-964.

131. GoronkinH., BimttellaM.S„ Seelbach W.C., VailkusRL. Backgating and light sensitivity in ion-implanted GaAs integrated circuits IEEE Trans. Election. Dev., 1982, v.ED-29, №5, p.845-850.

132. KitaharaK., Nakai K., Shibatomi A., Ohkawa S. Current limitation induced by infrared light in n-type GaAs thin layers on semi-insulating Cr-doped GaAs.- Jap. J. Appl. Phys., 1982, v.21, №3, p.513-516.

133. Birrittella M.S., Seelbach W.C., Goronkin H. The effect of backgating on the design and performance of GaAs digital integrated circuits.- IEEE Trans. Electron. Devices, 1982, v.ED-29, №7, p.l 135-1142.

134. Ogawa M., Kamya T. Correlation between the backgating effect of a GaAs MESFET and the compensation mechanism of a semi-insulating substrate.- .- IEEE Trans. Electron. Devices, 1985, v.ED-32, №3, p.571-576.

135. Lee S.J., Lee C.P., ShenE., Kaelin G.R. Modelling of backgating effects on GaAs digital integrated circuits.- IEEE J. Solid-State Circuits, 1984, v.SC-19, №2, p.245-249.

136. YokoyamaN., Shibatomi A., Ohkawa S., FukutaM., Ishikawa. Electrical properties of the interface between an n-type GaAs epitaxial layer and Cr-doped substrate.- Inst. Phys. Conf. Ser., 1977, v.33b, p.201-209.

137. Sriram S., Das M.B. An experimental study of backgating effects in GaAs MESFET's.- Solid-State Electron., 1985, v.28, №10, p.979-989.

138. Lehovec K., Zuleeg R. Mobility, dopant and carrier distribution at the interface between semiconducting and semi-insulating gallium arsenide- Inst. Phys. Conf. Ser., 1975, No.24, p.292-306.

139. Lee C.P., Lee S.J., Welch B.M. Carrier injection and backgating effect in GaAs MESFET's. -IEEE Electron. Devices Lett., 1982, v.EDL-3, №4, p.97-98.

140. Nozaki Т., Ogawa M., Terao H., Watanabe II. Multi-layer epitaxial technology for the Schottky barrier GaAs field-effect transistor.- Inst. Phys. Conf. Ser., 1975, v.24, p.46-54.

141. Feng M., Eu V.K., Kanber H., Watkins E., Schellenberg J.M., Yamasaki H. Low noise GaAs metal-semiconductor field-effect transistor made by ion implantation.- Appl. Phys. Lett., 1982, v.40, №9, p.802-804.

142. Bartle D.C., Tayrani R., Stewart C.P., Grande J.D. A comparison of GaAs buffer layers and substrates for ion implanted MESFETs.- Inst. Phys. Conf. Ser., 1985, v.74, p.527-532.

143. Fu S.-T., Das M.B. Backgate-induced characteristics of ion-implanted GaAs MESFET's.- .IEEE Trans. Electron. Devices, 1987, v.ED-34, №6, p. 1245-1252.

144. Kanber H., WangD.C. Correlation of undoped, In-alloyed and whole-ingot annealed semi-insulating GaAs substrates for low-noise microwave amplifiers.- IEEE Trans. Electron. Devices, 1987, v.ED-34, №8, p. 1626-1629.

145. VanReesB., LilesB., Hewitt В., SchafFW. // In: Gallium Arsenide and Related Compounds 1982, London-Bristol: IOP Publishing, 1983,p.355-362.

146. Wojtowicz M., Lai R., Streit D.S., Block T.R., Tan K.L., Liu P.N., Freudental A.K., Dia R.M. 0.10 jum graded InGaAs channel HEMT with 305 GHz fT and 340 GHz /max. IEEE Electron. Dev. Lett., 1994, v.EDL-15, №11, p.477-479.

147. AuretF. D., Nel М., and Leitch A. W. R. A comparison of deep level defects in OMVPE GaAs layers grown on various GaAs substrate types.- J. Cryst. Growth, 1988, v.89, №2-3, p.308-312.

148. Samuelson L., Omling P., Titze H., Grimmeiss H.G. Electrical and optical properties of deep levels in MOVPE grown GaAs.- J. Crystal Growth, 1981, v.55, №1, p. 164-172.

149. Huang J.H., Dubey М., KasemsetD. Deep Level Study of VPE Layers for GaAs FET Devices.-J. Electrochem. Soc., 1988, v.135,№1 1, p.2828-2831.

150. Schofthaler M., Brendel R. Sensitivity and transient response of microwave reflection measurements.- J. Appl. Phys., 1995, v.77, №7, p.3162-3173.

151. Kunst M., Beck G. The study of charge carrier kinetics in semiconductors by microwave conductivity measurements.- J. Appl. Phys., 1986, v.60, №10, p.3558-3566.

152. Subramanian V., Murthy V.R.K., SobhanadriJ. Sensitivity analysis of transient measurements using the microwave cavity perturbation technique.- J. Appl. Phys., 1998, v.83, №2, p.837-842.

153. Бородовский П.А., Булдыгин А.Ф. Петуров H.A., Речкунов С.Н., Самойлов В.А. Контроль качества структур КНС СВЧ методом.- Микроэлектроника, 2008, т.37, №2, с.1-10.

154. Бородовский П.А., Булдыгин А.Ф. Волноводное устройство для с.в.ч.-контроля однородности состава эпитаксиальных плёнок CdxHgl-xTe.- ПТЭ, 1995, №6, с. 157-163.