книги из ГПНТБ / Арсенид галлия. Получение, свойства и применение

несением металла на поверхность арсенида галлия с по­ следующим вплавлением.

, 5 Этот металл может использоваться либо в виде таб­ леток, либо в виде тонких слоев. В первом случае таблетки металла непосредственно вплавляются в арсе­ нид галлия, во втором случае перед вплавлением произ­ водится осаждение тонких металлических слоев на поверх­ ность полупроводника по той же методике, что и для выпрямляющих контактов. В случае вакуумного напы­ ления нспользовалпсь золото, никель, олово, серебро, индий. При этом удобно нанесение металла и вплавление совмещать в один процесс путем напыления металла на пластину, нагретую до 250—400 °С.

Химическим способом осаждались те же металлы, п, кроме них, цинк (см. табл. 7.1) [66, 67].

Вплавление металлов производится в вакууме, пнертной или восстановительной среде; лучшей средой для предотвращения окисления арсенида галлия и металлов является водород. Содержание примесей кислорода и

п методы контроля чистоты водорода приводятся в ряде работ (например, [68]). Температура вплавлеиия выби­ рается не слишком высокой, чтобы избежать диффузии примесей и не загрязнять арсеиид галлия термоакцепто­ рами, но и не слишком низкой, чтобы обеспечить хорошую смачиваемость металлом поверхности полупроводника; оптимальная температура вплавления 300—600 °С.

Иногда омический контакт получается без вплавления, методом разряда конденсатора и термокомпрессией [69], однако свойства таких контактов намного хуже вплавиых.

7.2.3. Контроль свойств омических контактов. Конт­ роль свойств омических контактов сводится к проверке линейности характеристики ток—напряжение, отсут­ ствия фото-э. д. с. и к измерению приведенного сопротивле­ ния контактов.

Сопротивление контакта, приведенное к единице пло­ щади, определяется как полуразность между измеренным

7.2] М Е Т О Д И К А С О З Д А Н И Я К О Н Т А К Т О В 331

сопротивлением блока и сопротивлением толщи кристалла

1.Удельная электропровод­

Тангенс угла наклона этой прямой дает удельное сопро­ тивление арсенида галлпя, деленное па площадь контакта, а отсечка по оси ординат — удвоенное сопротивление контакта.

3. Изготавливается образец с большой толщиной d и измеряется распределение потенциала зондовым методом. По графику зависимости потенциала от расстояния d определяется скачок потенциала вблизи контакта, и таким образом, сопротивление контакта.

4. Изготавливаются контакты различной площади (рис. 7.5) [70]. Измеренное сопротивление в этом случае равпо

та шунтируется его емкостью и измеряется лишь сопротив­ ление толщи. Разность между этпмн двумя измеренными сопротивлениями дает сопротивление контакта.

7.3. Свойства выпрямляющего контакта арсенид галлия — металл

г 7.3.1. Высота барьера. Дрсенид галлия принадлежит к группе полупроводников, для которых барьер в кон­ такте определяется главным образом поверхностными состояниями.

В табл. 7.2 приведены значения высоты барьера для контактов, полученных напылением различных металлов на арсенид галлия, сколотый в высоком вакууме [32].

что концентрация поверхностных состояний зависит от

ности на высоту барьера и концентрацию поверхностных состояний в работе [37] пе было обнаружено. Однако ав­ тор работы [61] получил зависимость от ориентации вы-

соты барьера и постоянной Ричардсона (наибольшие величины — для плоскости 5.(111)). К аналогичным вы­ водам пришли авторы работы [73]. Этот вопрос пока окон­ чательно не решен.

7.3.2. Характеристика ток—напряжение. Согласно ра­ ботам [37, 39, 74] в области электрических полей 9-103— 8 • 104 в/см при 300 °К ток в барьерах Шоттки на арсениде галлия описывается теорией Шоттки — Бете с учетом пони­ жения барьера. При меньших полях становится существен­ ным отражение электронов от барьера, прп больших — тун­ нельные эффекты. Понижение барьера Лярд качественно может быть объяснено совместным действием сил зеркаль­ ного отражения и проникновения поля поверхностных состояний, однако величина этого понижения значительно превосходит ожидаемую [39]. В работе [39] высказано предположение, что это может вызываться глубокими примесями. Действительно, их концентрация в арсениде галлия всегда порядка 101 6 см~3, и как раз приблизительно при этих концентрациях начинаются указанные аномалии. В работе [45] наблюдались переходные эффекты в за­ висимостях тока и емкости от напряжения. Это прямо

в арсениде галлия глубокие примеси [8, 12, 45, 75, 76]. Концентрация их обычно порядка 101 0 —10" см~3. Если концентрация электронов в арсениде галлия мепьше этой величины, зависимость квадрата обратной емкости от напряжения нелинейна, и емкость зависит от времени прп изменении напряжения смещения. После мгновенного включения или увеличения обратпого напряжения емкость вначале меньше стационарной, а затем увеличивается со временем, достигая стационарного зпачеиия. Методом нзучеппя релаксации емкости чаще всего обнаружива­

из-за сравнительной методической простоты его исследо­ вания (большое время релаксации). Оп связывается с при­ месью кислорода. Наблюдались еще уровни с энергиями

' ; | Исследуя релаксационные явления в барьерах Шоттки, нужно следить за чистотой поверхпости под выпрямля­ ющим контактом, так как поверхностные загрязнения могут вызвать аналогичные релаксационные явления [78].

Высота барьера, определенная по зависимости ем­ кость—напряжение, для барьеров Шоттки на арсеппде галлия обычно удовлетворительно соответствует вели­ чине, получепной из фотоэлектрических измереппп. Это говорит о том, что промежуточный окисиый слой достаточно тонок даже иа травленой поверхности GaAs.

Таким образом, зависимости тока и емкости от напря­ жения обнаруживают в арсениде галлия высокую кон­ центрацию примесей с глубокими уровнями. Промежуточ­ ный окисный слой не проявляется даже на коптактах, полученных на химически травленой поверхпости. г -

7.3.4. Фотоэлектрические свойства. Спектральные ха­ рактеристики барьеров Шоттки в области энергий фотопов

7.4] О М И Ч Е С К И Й К О Н Т А К Т 335

электронов в арсенид галлия из золота. В области соб­ ственного поглощения, когда эмиссией нз металла можно пренебречь, фототок в общих чертах описывался соотно­ шением (7.8). Абсолютная фоточувствительность в макси­

электрона на фотон падающего излучения и с увеличением энергии фотонов до 5 эв уменьшалась не более чем в два ра­ за. Сопоставление фоточувствительности с рассчитанной частью излучения, входящей в арсенид галлия, показало,

Обпаружепо, что в области энергий фотонов от края соб­ ственного поглощения арсенида галлпя до ~~ 2,5 эв уве­ личение фоточувствптельности связано с увеличением ширины слоя объемного заряда и изменением коэффици­ ента поглощения в электрическом поле (эффект Франца—

изменением квантового выхода внутреннего фотоэффекта вследствие ударной ионизации.

В работе [83] исследовано преобразование света и потока электронов диодами Шоттки, полученными на rc-GaAs напылением Аи, Си и Си с промежуточным слоем SiO. Диоды имели к. п. д. 7 % для света в максимуме фоточувствительности (1,9 эв) и в пять раз меньший к. п. д. преобразования потока электоронов.

7.4. Омический контакт арсенид галлия — металл

714.1. Требование к омическому контакту. Термин «омический» контакт указывает на то, что ток через такой контакт должен быть пропорциональным напряжению. Одпако от омического контакта требуется еще, чтобы он не

336 К О Н Т А К Т А Р С Е Н Н Д Г А Л Л Н Я — М Е Т А Л Л [ГЛ. 7

изменял состав тока в полупроводнике, т. е. отношение тока неосновных носителей к полному току. Прн этом линейности характеристики ток—напряжение может быть недостаточно [84]. С другой стороны, если падение напря­ жения на контакте значительно меньше, чем в объеме, такой контакт попользуется в качестве омического при,

в трех случаях: 1) па границе с металлом нет барьера, что возможно прп соответствующем подборе металла для полу­

Для создания омических контактов используются сле­ дующие принципы: 1) уменьшение времени жизпи носи­ телей тока в области контакта (например, шлифовкой поверхности грубым порошком перед нанесением кон­ такта); 2) создание под контактом слоя с высокой кон­ центрацией основных посптелей тока—контакт типа т—h. По-вцдпмому, третьим принципом (близким ко второму) можно считать создание под контактом слоя полупровод­ ника с малой шириной запрещенной зоны. Возможно, такой контакт образуется при вплавлении индия в арсенид галлпя (создается слой твердого раствора InAs— GaAs переменного состава). Еслн это предположить, станет понятным, почему до настоящего времени контакты с наименьшим сопротивлением^к^арсеииду галлия полу­ чаются вплавлением индия.

В контакте, созданном по первому принципу, барьер представляет собой слой с высоким удельным сопротив­ лением, но отсутствуют эффекты экстракции, иижекции, накопления и эксклюзии. К арсеииду галлия таким спо­ собом не удается получить омические контакты в строгом смысле слова. Контакты, изготовленные по второму принципу, имеют низкое сопротивление, но при прямом смещении вблизи границы I—h накапливаются неоснов­ ные носители тока, а прп обратном смещении они вытяги­ ваются из /.-области (эксклюзия) [85, 86]. Эти эффекты мо-

4. Индий — металл мягкий, легкоплавкий, имеет низ­ кое давление паров, является в арсениде галлия нейтраль­ ной примесью п не обнаруживает фазовых превращений от температуры плавления до температуры жидкого гелия. Индий может использоваться в чистом виде к арсениду галлия п- и р-тппа. Недостатки ипдия — низкая теплопроводность и высокое удельное электрическое со­ противление — могут быть сведены к минимуму нанесе­ нием тоикпх слоев.

5. Медь нежелательно применять пи в чистом виде, ни в виде сплавов с другими металлами, в основном из-за очень быстрой диффузии в арсепиде галлпя.

6. Сурьму и висмут нежелательно применять из-за крайне нпзкой тепло- и электропроводности.

7.4.3. Омические контакты для арсенпда галлия. Основ­ ные типы омическпх контактов арсенпда галлпя—металл, полученные вплавлением таблеток металла, приведены в табл. 7.4 (для n-GaAs) и 7.5 (для p-GaAs).

Омический контакт металл—полупроводник с точки зрения технологии его создания можно характеризовать следующими параметрам: 1) смачиванием полупровод­ ника металлом, 2) глубиной вплавления металла, 3) соп­ ротивлением контакта, приведенным к единице площадп.

Для получения полного смачпванпя металлом поверх^—

В качестве флюсов выбираются хлориды и бромиды олова, свинца или алюминия [93, 106] или молочная кислота [90]. При вплавлении олова с флюсами пдеальиое смачивание наблюдается при температзфе вплавления 400 °С и выше [106].

3. Использование безводного хлористого водорода в качестве добавки к газовой среде при вплавлении [104]. Например, при вплавлении олова в среде 80% аргона, 15% водорода и 5% хлористого водорода, хорошее сма­ чивание получается уже при 300 °С.