Galliumarzenid eszközök hazai kutatása-fejlesztése

Galliumarzenid eszközök hazai kutatása-fejlesztése DR. SZÉP IVÁN M T A Műszaki Fizikai K u t a t ó Intézete

DR.

ÖSSZEFOGLALÁS Az MTA Műszaki Fizikai Kutató Intézetében az utóbbi években folyó galliumarzenid kutatások célkitűzéseinek, módszereinek és eredményeinek áttekintése. A főbb feladatok: a hazai tisztított galli­ um felhasználásával történő szintézis és körülményeinek vizsgalata, az egykristály-előállítás módszereinek (Bridgman, Czochralski) tanul­ mányozása, az epitaxiális rétegnövesztés technikájának fejlesztése és az ezekkel kapcsolatos alapozd vizsgálatok. A kutatás további feladatai az alapanyag tulajdonságainak meg­ ismerése után az alkalmazott tudomány területére esnek. Az Orszá­ gos Középtávú Kutatási-Fejlesztési Tervnek megfelelően galliumarzenidböl mikrohullámú és optoelektronikai eszközök technológiá­ jának kidolgozása van folyamatban. A beszámoló kiemeli az ehhez szükséges alapozó kutatások fontosságát, amelyet a fém-félvezető kontaktus rendszereken folyó munkákkal illusztrál.

A mikroelektronika kialakulását azok a k u t a t á s o k t e t t é k lehetővé, amelyek a harmincas évektől a szi­ lárd testek fizikai tulajdonságainak, különösen pedig a fémek és a szigetelő anyagok k ö z ö t t elektromos vezetésük alapján közbenső helyet elfoglaló félve­ zető anyagoknak t a n u l m á n y o z á s á v a l foglalkoztak. A nagyszámú félvezető anyag közül a figyelem a negyvenes évek végén az elemi g e r m á n i u m r a , majd hamarosan a szilíciumra összpontosult. A p-n á t m e ­ net egyenirányító tulajdonságainak, majd a tran­ zisztornak, m i n t elektromos jelek erősítésére alkal­ mas eszköznek a felfedezése először az elektronikai készülékek miniatürizálásának feltételeit teremtette meg, majd az integrált á r a m k ö r ö k feltalálásával a hatvanas évektől ma eljutottunk a t ö b b százezer ele­ met t a r t a l m a z ó nagyintegráltságú mikroelektronikai áramkörökig. A mikroelektronika jelenlegi a k t í v eszközeinek 90%-a szilíciumból készül. A szilícium kiválóan alkal­ mas azokra a kifinomult technológiai eljárásokra, amelyekkel az integrált á r a m k ö r ö k n é h á n y mikro­ méter m é r e t ű alkotóelemei előállíthatók. A mikro­ elektronika számára a szilícium úgyszólván éppen olyan szerkezeti anyag, m i n t a gépipar s z á m á r a az acél. M i n t hordozó monolittá, vagyis egyazon össze­ függő anyagból álló szerkezetté teszi az integrált á r a m k ö r ö k e t , helyileg v á l t o z t a t h a t ó elektromos t u ­ lajdonságai révén pedig különböző elektronikus (egyenirányító, erősítő, kapcsoló, tároló) funkciók ellátására is képes. Szilíciummal megvalósíthatók különböző átalakítási és érzékelő funkciók is (mág­ neses-elektromos, optikai-elektromos, mechanikai­ elektromos). Mondhatni, hogy a szilícium szinte egyedülállóan univerzális alapanyaga a mikroelekt­ ronikai eszköz választéknak. De mint az univerzális dolgok általában, i t t sem egyformán kiváló minden

Beérkezett: 1984. V I . 14. ( A ) Híradástechnika

XXXV.

évfolyam 1984. 9. szám

SZÉP

IVÁN

Egyetemi tanulmányai után 1949-ben kémia, fizika és matematika szakőn doktori oklevelet szerzett a budapesti Eötvös Loránd Tudomány egy etemen. 1952-ben kezdett foglalkozni félvezető eszközök technológiájával, a H íradástechnikai Ipari Kutató Intézetben létrehozta a félvezető eszközök gyártástechnológiájának fejlesztési bázisát. 1959ben a hazai germánium tranzisztorok kidolgozásáért Kossuth-díjjal tüntet-

ték ki. 1971-től az MTA Műszaki Fizikai Kutató Intézetének tudományos igazgatóhelyettese. A szilícium MOS-rendszerék­ kel foglalkozó értekezése alapján 1980-tól a műszaki tudományok doktora. A BME-n a félvezetők technológiájának terüleién rendszeres oktatói tevékenységet végez, címzetes egyetemi tanár, Több szakkönyv, egyetemi jegyzet és számos itthoni és külföldi szaklap­ ban megjelent közlemény szerzője,

funkcióra. Ez annál i n k á b b v á l t nyilvánvalóvá, m i ­ nél i n k á b b jelentkeztek igények új vagy jobb m i n ő ­ ségű funkciókra. Elég i t t utalni p l . az optoelektro­ nikai eszközök iránti igényekre, amelyek szilícium alapú készletből nem fedezhetők. A szilícium vitat­ hatatlan felségterületét t u l a j d o n k é p p e n azok a klaszszikus elektromos hálózatelmélet által leírható rend­ szerek alkotják, amelyek ellenállásokból, k a p a c i t á ­ sokból, nem-lineáris és erősítő elemekből felépíthe­ tők. Nem-lineáris elemként a p n - á t m e n e t vagy fém­ félvezető (Schottky-) á t m e n e t , erősítőként pedig a bipoláris vagy unipoláris (MIS) tranzisztor szerepel­ het. Ismeretes, hogy az u t ó b b i a k elektromos karak­ terisztikáit az alapanyag fizikai tulajdonságai beha­ tárolják. Mindez indokolja azokat a k u t a t á s o k a t , amelyek célja ú j , m e g h a t á r o z o t t v o n a t k o z á s o k b a n jobb para­ méterekkel rendelkező félvezető anyagok előállítása és felhasználása új típusú elektronikai eszközök létre­ hozására. Ez a munka m á r az ötvenes években elkez­ d ő d ö t t és ma is folytatódik. Az előállított és megvizs­ gált félvezető anyagok közül egyre növekvő a sze­ repe a periódusos rendszer I I I . és V . oszlopába tar­ tozó elemekből előállított A B típusú vegyületek­ nek. Ezek közül is kiemelkedik a galliumarzenid (GaAs), amely n é h á n y fizikai tulajdonságával a szilíciumot saját területén is túlszárnyalja ( 1 . t á b l á ­ zat). A lényegesen nagyobb elektronmozgékonyság m i ­ a t t galliumarzenidből p l . 5—6-szorosan gyorsabb á r a m k ö r ö k készíthetők mint szilíciumból. B á r a k é t anyag á r á b a n jelenleg m u t a t k o z ó 10-szeres k ü ­ lönbség m i a t t ez nem fenyegeti a szilícium eszközök piacát, speciális területekre m á r elkezdődött a GaAsi a

v

409

á r a m k ö r ö k behatolása. A nagyobb mozgékonyság miatt döntő előnnyel rendelkeznek a GaAs-alapú diódák, varaktorok, tranzisztorok a mikrohullámú á t v i t e l t e c h n i k á b a n . Az alapanyag á r a k lemorzsoló­ dása i t t is a piac bővülésével v á r h a t ó . 7. táblázat Si

Tulajdonság Sűrűség, g/cm3 Rel. dielektromos állandó Faji. ellenállás határértékei (300 K ) , ohmcm Ele ktronmo zgékony ság (7i = 10iVcm3, 300 K ) , cm2/V-s Hővezetőképesség (300 K ) W/cm-K Kisebbségi töltéshordozók átl. élettartama, s

GaAs

2,3 11,7

5,3 12,9

10-3—105

10-3—10

700

4300

1,45

0,54

10-3

10-

8

7

Kiemelkedő tulajdonsága a galliumarzenidnek az injektált elektronok és lyukak rekombinációja k ö ­ v e t k e z t é b e n létrejövő sugárzás, amely ú n . közvetlen e l e k t r o n á t m e n e t ú t j á n keletkezik; ez teszi lehetővé jó hatásfokú lézerdiódák készítését, amelyek igen magas frekvenciával m o d u l á l h a t ó k . A fénytávközlés szempontából ennek jelentősége aligha becsülhető túl. A k i b o c s á t o t t fény hullámhosszát nemcsak a t i l t o t t sáv szélessége h a t á r o z z a meg a A[ m]=l,24/E [eV] ÍA

g

összefüggés értelmében, hanem az A ' " B csoport m á s vegyületeinek elegyítésével a hullámhossz is változ­ t a t h a t ó . A fénytávközlés, valamint az űrtávközlés fejlődésével ezek a speciális tulajdonságok új t á v l a ­ tokat n y i t o t t a k a mikroelektronika előtt, amelyekről részletesebben egy k o r á b b i közleményben m á r volt szó [1]. Az a z ó t a eltelt időben b e k ö v e t k e z e t t fejlődés igazolta a v á r a k o z á s t . E közleményben az u t ó b b i években végzett hazai k u t a t á s o k eredményeiről lesz szó. V

Eredmények 1. A szilíciumhoz hasonlóan a galliumarzenidben a töltéshordozók koncentrációját felhasználástól függően különböző adalékokkal állítják be. Ezek hatása n a g y m é r t é k b e n függ attól, hogy milyen tiszta a kiindulási a n y a g k é n t használt gallium és arzén. Ilyen szempontból vizsgáltuk a hazai előállítású gallium viselkedését. 6 N tisztaságú ar­ zénnel és 6 N tisztaságú galliummal a szokásos z á r t ampullás elrendezésben végeztük a szintézist és a k é p z ő d ö t t nagyszemcsés polikristályos öntecsből megfelelő m é r ő m i n t á k a t k é s z í t e t t ü n k [6]. A fajlagos ellenállást és a Hali-mozgékonyság el­ oszlását van-der-Pauw módszerével m é r t ü k . A töltéshordozó koncentráció az öntecsek térfoga­ t á n a k 60%-ában M 0 - 5 - 1 0 " / c m - n e k a d ó d o t t . E b b ő l azt a k ö v e t k e z t e t é s t t u d t u k levonni, hogy kiindulási alapanyagaink alkalmasak ún. szubsztrát-kristályok előállítására, amelyekben a töltés­ hordozók koncentrációja általában nagyobb 5-10 /cm -nél. A K F K I - b a n végzett tömegspektrometriás vizsgálatok a galliumban 1 ppmnél nagyobb mennyiségben rezet mutattak k i , ami legalábbis aggályos szennyezés. A gyártási folyamat felülvizsgálatának eredményeként a későbbi s z á l l í t m á n y o k b a n a réz mennyisége 1 ppm alá csökkent. 1 6

17

A k u t a t á s o k célja Az M T A Műszaki Fizikai K u t a t ó Intézete másfél év­ tizede foglalkozik A " ' B típusú félvezető anyagok k u t a t á s á v a l . E munka során az intézet k u t a t ó i szá­ mos vegyületet és ezek elegyeit állították elő, vizs­ g á l t á k tulajdonságaikat, és k i p r ó b á l t á k alkalmassá­ gukat különböző elektronikus eszközök céljaira, í g y p l . nikkellel adalékolt indiumantimonidból jó hatásfokú magnetorezisztorok [2], galliumarzenidből és galliumfoszfidból vörös és zöld színű világítódiódák [3], indiumarzenidből Hall-feszültségcellák, gallium­ arzenidből Gunn- és m i k r o h u l l á m ú Schottky-diódák [4, 5] készültek. A nemzetközi i r á n y z a t o k n a k meg­ felelően az 1981—85. évi k ö z é p t á v ú kutatási-fejlesz­ tési tervben fő hangsúlyt a galliumarzeniddel kapcso­ latos k u t a t á s o k k a p t á k . A programban az alábbi célo­ kat tűztük k i : V

410

1. Galliumarzenid szintézise hazai előállítású k i i n ­ duló anyagokból. 2. Galliumarzenid egykristályok előállítása víz­ szintes kristályosítással (Bridgman-módszer) és Czochralski-módszerrel. 3. Komplex minőségvizsgálati módszerek kidolgo­ zása galliumarzenid egykristályok minősítésére. 4. Epitaxiális rétegek növesztési módszereinek kutatása-fejlesztése (folyékony és gőz fázisból t ö r t é n ő növesztés). 5. Epitaxiális rétegek minőségvizsgálata (adalék­ koncentráció, adalékeloszlás, szennyezők, rács­ hibák meghatározása). 6. Technológiai műveletek fejlesztése mikrohullá­ m ú és optoelektronikai eszközök előállítására (Gunn-diódák teljesítményoszcillátor célra, Schottky-diódák keverő és detektor célra, MESFET-ek; lézerdiódák a 0,80-0,90 ^m-es hullámhosszra). 7. Minősítő módszerek kidolgozása mikrohullámú és optoelektronikai eszközök jellemző adatainak meghatározására.

3

3

2. A megfelelő minőségű egykristályos galliumarze­ nid előállítására leggyakrabban használt módszer az olvadékból m a g k r i s t á l y segítségével t ö r t é n ő húzás, azaz a Czochralski-módszer. I t t az okoz gondot, hogy az olvadásponton (1238 °C) a disszociációs nyomás közel 1 atm. A kristályhúzást t e h á t z á r t térben, megfelelő túlnyomás alatt kell végezni vagy az olvadék felszínén úszó néhány m m vastag indifferens ömledékréteggel meg kell gátolni az arzén kipárolgását. U t ó b b i a szokásos eljárás, amelyhez bór-trioxidot alkalmaznak. Híradástechnika

XXXV.

évfolyam 1984. 9. szám

Felhasználva az olasz CNR p á r m a i , különleges anyagok k u t a t á s á v a l foglalkozó laboratóriumá­ val kialakult kapcsolatunkat, lehetőségünk volt a hazai alapanyagokból szintetizált galliumarzenidből egykristályok h ú z á s á r a . Az eredmények igazolták a polikristályos anyag vizsgálatából levont k ö v e t k e z ­ tetéseinket. A Czochralski-módszerrel előállított egykristályok egyik fő problémája a nagy diszlokációsűrűség (%10 /cm ), melynek oka az anyag viszonylag alacsony nyírófeszültsége ( % 7 - 1 0 N / m m ) , amely a megszilárdulást k ö v e t ő e n sűrű diszlokációhálózat kialakulásához vezet. Ez különösen az optoelektronik a i eszközök előállításához szükséges többréteges epitaxiás s t r u k t ú r á k n á l okoz gondot, ahol a réteg­ h a t á r o k o n fellépő rácshibák mind a rekombináció hatásfokát, mind az eszköz é l e t t a r t a m á t k á r o s a n be­ folyásolják. 5

2

-2

2

Ezen a nehézségen e n y h í t a Bridgman-módszer, ahol a galliumarzenid egykristályt vízszintes kvarc­ csónakban növesztik olvadékból, az elején elhe­ lyezett magkristály és az olvadékon lassan végig­ vezetett hőmérsékleti gradiens (1,5—2°/cm) segítségé­ vel. Ennél az eljárásnál a megszilárdult kristály önsúlya nem játszik szerepet, és így a csúszás okozta rácshibák száma is kisebb (10 — 10 /cm ). Ugyanakkor viszont a kvarccsónak falából szilícium­ atomok oldódnak bele a galliumarzenidbe (kb. 10 atom/cm ), és a d a l é k a n y a g k é n t megnövelik annak vezetőképességét. A lézerdiódák s z u b s z t r á t a n y a g á nak céljára azonban ez az anyag megfelel. 3

4

2

16

3

A Bridgman-módszer eredményes alkalmazása rendkívül magas követelményeket t á m a s z t a növesztőkemence hőstabilitásával és szabályozhatóságával szemben. Az erre vonatkozó tervezési és kísérleti m u n k á k a t a k ö z e l m ú l t b a n befejeztük, a megépített berendezés kipróbálása elkezdődött. 3. A különböző célokra készült galliumarzenid egykristályok minősítése egyáltalán nem rutinfeladat. A szabad töltéshordozók koncentrációjának meg­ határozása ö n m a g á b a n keveset mond a kristály fel­ használhatóságáról. Az elektron mozgékonyság szá­ madata m á r sokkal t ö b b e t árul el a jelenlevő vélet­ len szennyezések vagy esetleges rácshibák töltés­ kompenzáló hatásáról. Ezek a hatások nemcsak a kristály előállításakor épülnek be az anyagba, hanem az egyes eszközök előállítására használt technológiai folyamatok, pl. hőkezelések k ö v e t k e z ­ t é b e n is létrejöhetnek. A mozgékonyság kész esz­ közökben t ö r t é n ő meghatározására az intézet k u t a t ó i m á r k o r á b b a n kidolgoztak egy új módszert [7], amely a mágneses térben bekövetkező ellenállás­ változásnak a mágneses t é r irányától való függésén alapszik. Ezen a m ó d o n az utólagos h a t á s o k elkülö­ níthetők. A kompenzációért felelős tényezők meghatározása még bonyolultabb feladat. K i m u t a t á s u k azáltal le­ hetséges, hogy a galliumarzenid t i l t o t t energiasávjában különböző sekély vagy mély energiaszintekkel azonosíthatók. I n t é z e t ü n k b e n korszerű módszert és mérőberendezést dolgoztunk k i az ilyen energiaszintek jellemző adatainak meghatározására. A mélynívók tranziens spektroszkópiájával [8] (angol rövidítéssel : DLTS) m e g h a t á r o z h a t ó a szennyezés, a k t í v rácshiba Híradástechnika

XXXV.

évfolyam 1984. 9. szám

stb. aktiválási energiája, befogási keresztmetszete, koncentrációja. Sok esetben a kapott a d a t o k b ó l az anyagi mibenlétére is k ö v e t k e z t e t n i lehet [9]. Hason­ ló információ nyerhető az intenzív lézerbesugárzás h a t á s á r a fellépő lumineszcenciaspektrum alakjából is. K ü l ö n vizsgálati t e c h n i k á t igényel az ú n . félszige­ telő galliumarzenid, melynek fajlagos ellenállása 10 ohmcm-nél nagyobb [10]. Ez az ellenállásérték annak k ö v e t k e z t é b e n alakul k i , hogy a sekély energianívójú donorokat mélyebb szintű akceptorok kompenzálják. Eleinte k r ó m o t h a s z n á l t a k erre a célra, amellyel a m a r a d é k szilícium h a t á s á t semlegesítették. K é s ő b b kiderült, hogy igen tiszta k ö r ü l m é n y e k k ö z ö t t elő­ állított kristályok k r ó m hozzáadása nélkül is lehet­ nek félszigetelők, ami a z é r t lényeges, mert a techno­ lógiai h ő h a t á s o k k ö v e t k e z t é b e n a k r ó m gyorsan diffundál és a rácshibák k ö r n y e z e t é b e n halmozódik fel, ezeken a helyeken nagyságrendekkel lerontva az ellenállást. A termikus stabilitás előírt követelmény a félszigetelő galliumarzeniddel szemben. 750— 850 °C-on 30 perces h ő n t a r t á s s a l végzett vizsgálata­ ink különböző eredetű félszigetelő galliumarzenid m i n t á k o n egyrészt igazolták e minősítés fontosságát, másrészt megállapítottuk, hogy 1 0 / c m - n é l keve­ sebb k r ó m t a r t a l o m esetén nem lép fel ellenállás inhomogenitás a hőkezelés h a t á s á r a [11]. Ez azt is jelenti, hogy a maradékszennyezéseknek (C, Si) is ez alatt az érték alatt kell lenniök, ami t o v á b b i szigo­ r í t á s á t jelenti az alapanyagokkal és az előállítás k ö ­ rülményeivel szemben t á m a s z t o t t tisztasági követel­ ményeknek. 6

16

3

4. A galliumarzenid alapú eszközök legnagyobb része különböző elektromos tulajdonsággal, sőt gyak­ ran m á s anyagi összetétellel is rendelkező rétegekből áll. Ezeket t ö b b n y i r e epitaxiális növesztési eljárások­ kal állítják elő, a szilíciumnál szokásos keresztüldiffundálásos módszerre a galliumarzenid nem alkal­ mas. I n t é z e t ü n k b e n széles körű kísérleteket v é g e z t ü n k mind a folyékony fázisból (LPE), mind a gőzfázisból t ö r t é n ő epitaxiás növesztésekre (VPE) [12, 13]. A m i k r o h u l l á m ú technika által igényelt rétegek r e p r o d u k á l h a t ó előállítására a legjobban b e v á l t az

1. ábra. GaAs/GaAlAs lézerdióda metszete szelektív kémiai m a r a t á s után (pásztázó elektronmikroszkópos felvétel)

411

arzén-triklorid és a gallium kölcsönhatásán alapuló gőzfázisú folyamat, amely a megfelelő hőmérsékleten t a r t o t t galliumarzenid hordozón jól szabályozható epitaxiás rétegnövekedést eredményez. Erre a célra a t e r v i d ő s z a k b a n szovjet g y á r t m á n y ú ipari berende­ zést h e l y e z t ü n k üzembe, amely a termékválaszték­ hoz szükséges szeletmennyiségen kívül a k u t a t á s és fejlesztés szükségleteit is ellátja. A berendezésben igen tiszta (n=s 10 /cm ), vagy adalékolt rétegek 0,3 [xm-től 15 [J.m-ig terjedő vastagságban megbízha­ t ó a n növeszthetők. Foglalkozunk programvezérelt adalékoló rendszer kidolgozásával, amely lehetővé fogja tenni előírt adalékprofillal rendelkező epitaxiális s t r u k t ú r á k előállítását. Lényegesen t ö b b nehézséggel j á r a folyékony fázis­ ból t ö r t é n ő rétegnövesztés, különösen a GaAs/ GaAlAs k e t t ő s heteroepitaxiás rétegkombinációkból álló lézerdióda s t r u k t ú r á k előállítása. A 0,1 °C-nál jobb hőmérsékletstabilitás, az ugyan­ ilyen nagyságrendű szabályozási pontosság a szüksé­ ges feltételei az olyan rétegsorok növesztésének, mint amilyennek a mikroszkópos keresztmetszete az 1. á b r á n l á t h a t ó . A koherens lézersugárzás az a k t í v rétegben j ö n létre, amelynek vastagsága mindössze 0,3 [jtm. 5. Az epitaxiás rétegek alkalmasságát' a célul k i ­ t ű z ö t t funkcióra előzetes minőségvizsgálattal cél­ szerű tisztázni. Erre a célra t ö b b módszert dolgoz­ t u n k k i . A jól vezető hordozóra növesztett epitaxiás rétegben a töltéshordozók, i l l . az adalékionok kon­ centrációját vagy ennek változását a C/V módszer néven ismert eljárással h a t á r o z t u k meg, a felületre helyezett fémelektród feszültségváltozását k ö v e t ő AC k a p a c i t á s v á l t o z á s alapján, amelyből az 15

AT/

X1

°

2

ÍTS^

3

.

C (dC^ sqA \dV 3

1

2

kifejezés alapján az x helyhez t a r t o z ó N(x) adalék­ koncentráció m e g h a t á r o z h a t ó [14]. A félszigetelő hordozóra növesztett, félvezető gal­ liumarzenid rétegek megfelelő elektródok kialakításá­ val van-der-Pauw módszerével minősíthetők. Szenynyezők, mély nívócentrumok k i m u t a t á s a Schottkybarriert létesítő f é m k o n t a k t u s o k segítségével D L T S t e c h n i k á v a l oldható meg [15]. A lézerdiódák t ö b b réteges s t r u k t ú r á i n a k minősíté­ se ennél lényegesen bonyolultabb feladat. A szokásos tűszondás módszerek csak igen éles szögben lecsiszolt metszeteken a l k a l m a z h a t ó k ; az összetétel m e g h a t á ­ rozására analitikai elektronmikroszkópos módszere­ ket dolgoztunk k i [16]. A növekedési rácshibák k i ­ m u t a t á s á r a röntgentopográfiás módszereket használ­ tunk. 6. A galliumarzeniddel foglalkozó k u t a t á s o k na­ gyobb része eszköztechnológiai eljárások kidolgozásá­ ra és eszközfejlesztésre irányult. I t t nemcsak megha­ t á r o z o t t technikai műveletek elsajátítását t e k i n t e t t ü k feladatnak, hanem annak a t u d o m á n y o s h á t t é r n e k a feltárását is, melynek ismerete a technológiai folya­ mat megbízható kivitelezéséhez nélkülözhetetlen. E koncepció illusztrálására röviden ismertetjük a fém-galliumarzenid kontaktus rendszerekkel kapcso­ latos k u t a t á s o k a t . A Gunn-diódákon végzett k o r á b b i vizsgálataink

412

v m * molekula A s AuGeNi - G a A s

400

500

HŐMÉRSÉKLET l°C]

IH991-2)

2. ábra. Fajlagos arzénkipárolgás galliumarzenidből AuGeNi összetételű fémkontaktus beötvözésekor és a m i n t á n fellépő feszültségesés 1 mA áram áthaladá­ sakor [17] igazolták azt a felismerést, hogy jó minőségű diódákhoz a fém-félvezető közötti á t m e n e t i ellen­ állásnak minél kisebbnek, jellegét tekintve ohmosnak kell lennie [18]. A tapasztalat szerint ennek létrejötté­ ben döntő szerepet játszik a fém beötvözésének mód­ ja, az ötvözési hőmérséklet és a h ő n t a r t á s időtarta­ ma. Vizsgálatainkat a leggyakrabban használt (AuGe + N i ) rendszerrel végeztük. Megállapítottuk, hogy 490 °C körül ö t v ö z ö t t kontaktusoknak legki­ sebb az ellenállása, ha a h ő n t a r t á s ideje 1—2 s-ot nem haladja meg. Hosszabb i d ő t a r t a m o k és maga­ sabb hőmérséklet esetén a kontaktus-ellenállás n ő . A részletesebb vizsgálatok arra az eredményre vezet­ tek, hogy ennek a jelenségnek a galliumarzenid bomlása az oka, melynek során a beötvöződés h ő ­ mérsékletén az arzén elpárolog, a visszamaradó gallium pedig különböző ötvözeteket képez a jelen­ levő fémekkel [19]. Az elpárolgás t é n y é t tömegspektrométeres vizsgálatokkal igazoltuk [20]. Más fémekkel (Ag, Sn, I n ) végzett hasonló méréseink során kiderült, hogy a galliumarzenid bomlása, amely jóval a termikus disszociáció hőmérséklete alatt következik be, olyan fémeknél lép fel, amelyek a galliummal ötvözetet képeznek. Ezek létrejötte be­ folyásolj a az á t m e n e t i ellenállás értékét. A z t is meg­ állapítottuk, hogy arzén visszatáplálásával ez a fo­ lyamat visszafordítható. A 2. á b r á n az arzén kipárolgás relatív mennyisége és a kontaktus ellenállás k ö z ö t t i összefüggés l á t h a t ó az Au-Ge-Ni rendszerre. A fém-félvezető rendszer egy másik problémája az ideális Schottky-záróréteg létrehozása. Az ideális v i ­ selkedést az exp

nkT

-1

diódaképletben az n t é n y e z ő méri, amelynek ideális esetben 1 az értéke, a reális rendszerekben azonban az 1,2—1,3-atis meghaladhatja. Vizsgálataink szerint az n érték beállításában a felület kémiai előkészítése játssza a fő szerepet. A galliumarzenid felületén oxi­ dáció k ö v e t k e z t é b e n a k é t komponens oxidvegyüle­ tei képződnek, a galliumarzenid-oxidfázis határfelü­ letén minden kémiai elvárással ellentétben elemi Híradástechnika

XXXV.

évfolyam 198i. 9. szám

mérő módszerek kidolgozását, amennyiben azok nem­ szabványosak vagy nem hozzáférhetők. Ilyen mód­ szereket dolgoztunk Gunn- és Schottky-diódák gyors minősítésére [22, 23|, fényemittáló eszközök foto­ metriai adatainak meghatározására [24].

A program eredményei nemcsak a hazai speciális felhasználók számára jelentenek t á m p o n t o t , hanem a folytatás feltételeit is biztosítják. A távközlési t e c h n i k á b a n jelentkező új tendenciák m i n d e n k é p p e n indokolják, hogy a kutató-fejlesztő m u n k á k ezen a területen folytatódjanak.

IRODALOM

3. ábra. Gunn-diódák és mikrohullámú modulok arzén válik k i . A gallium oxidációja t ö b b lépcsőben megy végbe, amelyek eltérő oldhatóságú t e r m é k e k e t eredményeznek [21]. Ez m a g y a r á z z a a Schottky-záróréteg függését a fe­ lület előkészítésének módjától, de egyben ú t m u t a t á s t is ad az ideálist erősen megközelítő á t m e n e t létreho­ zására. Ilyen típusú vizsgálatok alapján v á l t lehetővé de­ finiált technológiai módszerek kidolgozása és a fel­ használói követelményeknek megfelelő eszközök elő­ állítása. A 3. á b r á n az intézetben készített Gunndiódák és a felhasználásukkal készített mikrohullá­ m ú modulok, a 4. á b r á n pedig 0,85 u.m hullámhosszon sugárzó lézerdióda provizóriumok l á t h a t ó k . 7. A termékfejlesztés szükségessé teszi minősítő-

4. ábra. 0,85 |j.m-en sugárzó GaAs/GaAlAs lézerdiódák Híradástechnika

XXXV.

évfolyam 1984. 9. szám

[1] Szép Iván: A galliumarzenid alapú mikroelektro­ nika perspektívái. Híradástechnika X X X I . évf. 1980. 5. sz. 161-168. o. [2] 165 295 sz. magyar szabadalom. Feltalálók: Lőrinczy A. és társai, 1974. [3] J. Pfeifer, L . Csontos, Mi Gál: Acta Phys. Hung. 47, 45 (1979). [4] Andrási A.-né és társai: GaAs alapú Gunn-dió­ dák. Híradástechnika X X V I I I . 2, 5 3 - 6 4 . o. (1977) . [5] Andrási A.-né és társai: GaAs alapú Schottkydiódák k u t a t á s a . M F K T *77 évkönyv, 9 0 - 9 5 . old. (1977); Szentpáli B., Tichy-Rács Á.: M F K I '79 évkönyv, 3 - 5 . old. (1979). [6] T. Görög, E. Lendvay: Acta Phys. Hung. 47, 25 (1979) . [7] L . Gutái, T. Görög: Acta Physica Hung. 44, 69 — 77. (1978). [8] Ferenczi Gy. és társai: M F K I '77 évkönyv, 96 — 98. (1977); Microelectronics '82 (Proc. 3rd. microelectronics Conf. Siófok, 1982. p. 231 — 232. [9] L . A. Ledebo: Defect Complexes in Semiconductor Structures (Springer-Verlag, Lecture Notes in Physics No-175. p. 189 (Proceedings Mátra­ füred, 1982). [10] L . Gutái: Acta Phys. Hung. 48, 119 (1980). [11] Sviszt Pál szóbeli közlése. [12] Pfeifer J. és munkatársai: M F K I '81 évkönyv, 43. old. (1981). [13] Gyúró, T. Görög: M F K I '80 évkönyv, 23. old. (1980) . [141 T. Sebestyén: M F K I '78 évkönyv, 59. old. (1978). [15] B. Szentpáli: M F K I '78 évkönyv, 62. old. (1978). [16] Tóth A. L . és társai: M F K I '81 évkönyv, 49. old. (1981) . [17] Mojzes I . : Phys. Stat. Solidi (a) 47, K 183. (1978) . [18] L . Gutái, I . Mojzes: Appl. Phys. Letters, 26, 325 p. (1975). [19] I . Mojzes, T. Sebestyén, D. Szigethíj: Solid State Electronics 22. 449-460 (1982). [20] D. Szigethy, I . Mojzes, T. Sebestyén: Int. J. Mass Spectrometry, 52 117 (1983). [21] M. Somogyi: Crystal Res. and Technol. 17 1129 — 1134 (1982). [22] K. Kazi, I . Mojzes és társai: Proc. 7th Colloquium on microwave communication, Budapest, 1982. Vol. 2. p. 799-802. [23] B. Szentpáli, Á. Tichy-Rács: Symp. Electronics Technology '83 Budapest, 1983, p. 367-370. [24] J. Schanda, M. Dányi: LED-photometry Proc. Symp. Light and Rad. Meas., Hajdúszoboszló, 1981 7 8 - 8 1 . old.

413