Полупроводниковый материал для свч транзисторов

(51)5 С 3 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕ(71) Московский институт электронной техники(56) Балагурова Л.А. и др. Биполярна проводимость в полуизолирующем арсе- ниде галлия. физика и техника полупроводников, 1974, т. 8, вып.8, с. 1616-1619.Патент СГА Р 4158851, кл. 357-63, кп Н 01 Ь 29/167, .1979. Изобретение относится к составу высокоомного полупроводникового материала на основе элементов третьей. и пятой группы таблицы Менделеева, предназначенного для изготовления по планарной технологии СВЧ полевого транзистора, интегральной схемы.Известен полупроводниковый материал на основе арсенида галлия, использующийся в СВЧ микроэлектронике, содержащий примеси хрома и олова ъ виде глубокого акцептора и мелкого донора соответственно. Однако этот материал не обладает стабильностью электраЬизических характеристик в интервапе температур, обеспечивающих изготовление приборов СВЧ диапазона из-за конверсии типа проводимости, обусловленной несвязанными мелкими акцепторными и донорными состояниями.Известен также полупроводниковый материал на основе арсенида галлия,(54) (57) ПОЛУПРОВОДНИКОВФ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СВЧ ТРАНЗИСТОРОВ на основе арсе- нида галлия, содержащего примеси хрома и кислорода, в виде глубоких акцептора и донора соответственно, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повыщения стабильности электроФизических характеристик,. примеси хрома и кислорода находятся в структурно связанном состоянии при следующем соотноиении компонентов, ат/см:Арсенид г р я 4,42 10"6 Хром (1-8) 10 Кислород (1-10)1018 использующийся в СВЧ микроэлектронике, содержащий раздельно примеси хрома и кислорода в виде глубоких акцептора и донора соответственно в,кон- .центрации (1,0-1,6) 10 и (3-6) кз 1,0 Е см", который получают прираздельном введении газообразного кислорода и металлического хрома. Во всех случаях получения происходит нагрев галлия и газообразного кислорода в первой зоне с одновременЙым нагревом мышьяка и примеси хрома , во второй зоне с последующей кристаллизацией соединения.Однако этот материап не обладаетоднородностью электроизических характеристик по всей длине слитка. Этообусловлено содержанием хрома на уровне предельной растворимости, что приводит к низким значениям подвижности носителей, не превьипающим2 ф 1 Р см/Вфс, тип проводимости ды 970906рочный или смешанный не обеспечивает его использование как активного компонента - подложки в технологии изго-товления канала СВЧ полевого,транзис 5 тора, интегральной схемы методом ионной имплантации. Применение материала ограничивается использованием в качестве пассивного компонента, выполняющего кристаллографическую Аункцию при создании эпитаксиальных структур с буАерным слоем. Кроме того, при изготовлении СВЧ приборов происходит деградация электроАизических свойств материала за счет распада примесных скоплений, обусловленных высоким содержанием хрома, ухудшается структура материала из-за образования малоугловых блоков. Термообработка в интервале 900-1100 Ко приводит к перераспределению примесных скоплений, обуславливающих снижение электройизических параметров.Комплекс. всех этих Аакторов не позволяет использовать этот материал в качестве активного компонента СВЧ полупроводникового прибора в технологии изготовления канала полевого транзистора, интегральной схемы методом ионной имплантации.Целью изобретения является повышение стабильности электроАизических характеристик материала. Цель достигается тем, что полупроводниковый материал дпя СВЧ транзисторов на основе арсенида галлия содержит примеси хрома и кислорода, которые находяТся в структурно-связанном состоянии и в определенном соотношении . 40Отличие способа состоит в том, что примеси хрома и кислорода в виде глубоких акцептора и донора соответственно находятся в структурно связан ном состоянии при следующем соотно ,шенин компонентов, ат/смз:Арсенид галлия 4,42 10Хром (1-8) 106Кислород (1-10)10850Хром и кислород вводятся совместно в виде окиси хрома при компоновке шихты для получения высокоомного арсенида галлия методом Чохральского.Указанное количество хрома и кислоро да тождественно весовому проценту окиси хрома, вводимой в шнхту, и составляет О,02-0,067, по массе от исходного веса арсенида галлия,Указанное соотношение компонентов обеспечивает получение термостабильного материала электронного типа про-водимости с удельным сопротивлением при 300 К 1 108 - 110 Омсм., подвижностью носителей более Зф 10 см /В с.Использование материала, содержащего примеси хрома и кислорода в структурно связанном состоянии ниже указанных значений, не обеспечивает достижения значений удельного сопротивления (1-10).10 ф Ом см, однородности электроизических характеристик по всей длине слитка вследствие нескомпенсированных примесных донорных и акцепторных состояний, приводящих к образованию низкоомных инверсионных слоев на границе раздела подложка - приборный слой.ИспользованиеЧматериала, содержащего примеси хрома и кислорода в структурно связанном состоянии выше указанных значений, приводит к образованию примесных скоплений второй фазы, поскольку достигается предельная растворимость примесей. Происходит вырождение монокристаллической структуры полупроводникового материала. Следствием этого является возникновение неоднородностей электроАизических характеристик, образование областей дырочного и смешанного типа проводимости.Полупроводниковыи материал дпя СВЧ транзисторов, интегральных схем получают следующим образом.1000 г синтезированного арсенида галлия и 0,25 г окиси хрома, прошедшей вакуумно-термическую обработку при 1300 К в течение 0,5 ч, помещают в кварцевый тигель установки выращивания монокристаллов арсенида галлия по методу Чохральского. Одновременно в тигель помещают 250 г окиси бора в виде були, полученной при вакуумно-термической обработке. Камеру установки вакуумируют до 1 ф 10 мм рт,ст после чего наполняют инертным газом - аргоном до давления 1,0-6,0 атмосАер, Проводят расплавление исходной загрузки. После расплавления осуществляют гомогенизацию расплава в течение одного часа и ориентированный рост на затравку по методу Чохральского при скорости вытягивания 8-16 мм/ч, скорости вращения тигля и затравки 5-10 об/мин.970906 работки при братец После те ернообработки риер,р 800 К 1100 линост 108, 01. Сн сн снф/Ро 3 2 5,о снаказ 25 б 5 Тираж 273 Подписное ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5инат "Патент", гужгород, ул. Гагарина,0 енно-издательский Произв 5Окись хрома, содержащая структурно связанный глубокий донор - кислород и глубоний акцептор - хром в концентрации 2,1 ф 1077 и 1,110 ат/смз соответственно легирует растущий монокристалл, распределяясь в нем в соответствйи с законом распределения приМеси при нормальной направленной кристаллизации. Полученный материал - высокоомный арсенид галлия,10 содержит примеси хрома и кислорода соответственно в. концентрации , 2 вб 1010 и 5,210 ф.ат/смз в структур-: но связанном состоянии, обладает15 электронным типом проводимости, имеет удельное сопротивление 5 4 ф 10 Омсм, подвижность носителей 4,2 ф 103 см 2/В.с.В таблице представлены сравнительные экспериментальные характеристики электрофизических параметров стехнометрического арсенида галлия, легированного окисью хрома, в сравнениис известным материалом до и послетермообработки в кварцевом реакторв проточной системе водорода и арсина при соотношении расходов 1,0и О,б л/мин соответственно в интервале 900-1100 К. Результаты измерений свидетельствуют об отсутствии деградации свойств материала, содержащего глубокие примеси в структурно связанном состоянииИспользование этого материала. в производстве транзисторов и интег- . ральных схем позволит значительно улучшить параметры СВЧ усилителейв повысить быстродействие интегральных схем, снизить шумовые характеристи ки, расширить диапазон работы приборов.