46. Свойства GaN

Нитрид галлия относится к полупроводниковым соединениям типа А³В⁵. В GaN преобладает сильная ионная связь.

В отличае от других соединений GaN кристаллизуется в структуру типа вюрцита, что во многом определяет особенности формирования микрорструктуры пленок и их физические свойства.

Ширина запрещенной зоны у GaN составляет 3,4 эВ, поэтому этот материал чувствителен к излучению голубой и фиолетовой областях спектра. GaN обладает достаточно высокой температурой плавления 1600^оС, его достоинством является высокая механическая прочность и химическая стойкость, что обуславливает стабильность его свойств при высоких температурах и в агрессивных средах. Но это достоинство затрудняет проведения ряда стандартных операций необходимых для изготовления приборов, такие как формирование топологии, легирование и имплантация. Во всех случаях формирования кристалла осуществляется тотлько за счет сухого (плазмохимического) травления. При этом используются источники плазмы с высокой плотностью ионов, таких как электронно-циклотронный резонанс и индукционная плазма, в которых высокий поток ионов обеспечивает высокую эффективность разрыва связей GaN. Для легирования GaN примесями n и p типа используется имплантация ионов Si+ и Mg+ с последующим высокотемпературным отжигом при Т>1050оС. Долгое время основной проблемой технологии эпитаксиального выращивания нитридов третьей группы являлось получение пленок с высокой плотностью дефектов. Подобные гетероэпитаксиальные структуры имели неконтролируемую и высокую проводимость n-типа из-за высокой плотности дефектов и остаточных примесей создающие мелкозалегающие донорные ловушки. Сочетание n-типа проводимости с высокими значениями энергии ионизации акцепторных примесей препятствовало получению p-типа проводимости в нитридах 3-ей группы и т.о. затрудняло создание на их основе биполярных инжекционных приборов. Возникновение высокой плотности дефектов в эпитаксиальных пленках было обусловлено проблемами изготовления высококачественных подложек, имеющих с нитридами минимальное рассогласование по параметрам кристаллических решеток.

47. Получение GaN

Во всех случаях формирования кристалла осуществляется тотлько за счет сухого (плазмохимического) травления. При этом используются источники плазмы с высокой плотностью ионов, таких как электронно-циклотронный резонанс и индукционная плазма, в которых высокий поток ионов обеспечивает высокую эффективность разрыва связей GaN. Для легирования GaN примесями n и p типа используется имплантация ионов Si+ и Mg+ с последующим высокотемпературным отжигом при Т>1050оС. Долгое время основной проблемой технологии эпитаксиального выращивания нитридов третьей группы являлось получение пленок с высокой плотностью дефектов. Подобные гетероэпитаксиальные структуры имели неконтролируемую и высокую проводимость n-типа из-за высокой плотности дефектов и остаточных примесей создающие мелкозалегающие донорные ловушки. Сочетание n-типа проводимости с высокими значениями энергии ионизации акцепторных примесей препятствовало получению p-типа проводимости в нитридах 3-ей группы и т.о. затрудняло создание на их основе биполярных инжекционных приборов. Возникновение высокой плотности дефектов в эпитаксиальных пленках было обусловлено проблемами изготовления высококачественных подложек, имеющих с нитридами минимальное рассогласование по параметрам кристаллических решеток. Очевидно, что идеальное согласование может быть с подложками из такого же материала, что и эпитаксиальная пленка.

Однако технология изготовления тонких подложек была разработана лишь в последнее время. В результате эпитаксиальные пленки GaN долгое время выращивали на подложках из сапфира, с которыми рассогласование параметров решеток достигает 14%. В свою очередь наличие неконтолируемой проводимости n-типа обуславливалась высокой концентрацией примесей, попадающих в пленку в процессе ее высокотемпературного эпитаксиального выращивания. Эффективное снижение концентрации неконтролируемых примесей стало возможным в результате уменьшения Т эпитаксиального выращивания за счет использования низкотемпературного метода молекулярно-лучевой эпитаксии. В настоящее время основными типами подложек для эпитаксиальновыращенных пленок нитридов 3-ей группы является сапфир с различной ориентацией; SiC имеющий рассогласование с GaN по параметрам кристаллической решетки менее 1%, а также монокристаллический Si.

В настоящее время для получения p-типа проводимости в пленках GaN используют 2 способа.

1-термохимический отжиг, приводящий к диссоциации комплекса и удалении водорода из кристаллов.

2-инжекция неосновных носителей заряда(электронов)