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| Book/Report | FZJ-2019-01720 |
1996
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag
Jülich
Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/21761
Report No.: Juel-3317
Abstract: In der vorliegenden Arbeit wurde die Verwendbarkeit von N$_{2}$ im Vergleich zu H$_{2}$ als Trägergas in der LP-MOVPE für die Deposition von InP- und GaInAs-Volumenmaterial, GaInAs/InP-Heterostrukturen und -HEMT-Strukturen untersucht. Die Betrachtung des Wachstumsmodells ergab, daß der Wachstumsprozeß durch denWechsel von H$_{2}$ zu N$_{2}$ beeinflußt wird. Der Verlauf der Diffusions- und Temperaturgrenzschichten ist flacher, entsprechend die Temperaturgradienten steiler und die Diffusion der Quellenmoleküle zur Substartoberfläche langsamer. Dadurch ist eine Verbesserung der Schichthomogenität in Komposition und Dicke zu erwarten. Berechnungen ergaben, daß eine laminare Strömung während des Schichtwachstums für die in dieser Arbeit verwendete ReakLorgeüIXleLrie (AIX200) nur unterhalb eines Reaktordruckes von 200 hPa erhalten wird. Das Problem der Substratoberflächenverunreiniguugen wurde gelöst. Es wurden exsitu und in-situ Substratvorbehandlungsverfahren entwickelt, die erlauben hochohmige InP-Pufferschichten zu erhalten. Das Wachstum von InP und GaInAs mit N$_{2}$ und H$_{2}$als Trägergas und den Quellen TMIn, TMGa, AsH$_{3}$ und PH$_{3}$ wurde untersucht und die optischen, elektrischen und strukturellen Eigenschaften der Schichten miteinander verglichen. Die Ergebnisse zeigten, daß vergleichbar gute InP- und GaInAs-Schichten deponiert werden konnten. Das Temperaturfenster zur Abscheidung von hochwertigen Schichten konnte sowohl für InP als auch für GaInAs mit Stickstoff als Trägergas um 20 $^{\circ}$C zu tiefen Temperaturen hin vergrößert werden. Im Falle von InP konnte auch das V /IIIVerhältnis deutlich um 50 % gesenkt werden. Eine geringere Temperaturabhängigkeit der InP- und GaInAs-Wachstumsrate für N$_{2}$ im Vergleich zu H$_{2}$ wurde beobachtet. Dementsprechend verbesserte sich die Homogenität, wie Untersuchungen an GaInAs-Schichten belegten. Die nutzbare Substratfläche konnte im Vergleich zum H$_{2}$-Trägergas mindestens verdoppelt werden. In dem für GaInAs- und InP-Wachstum optimalen Parameterfenster wurden AlInAs-Schichten mit N$_{2}$-Trägergas abgeschieden, um sie als Schottky-Barrierenmaterial in 2DEG-Strukturen mit aktiven GaInAs-Kanal einzusetzen. Die Wachstumsuntersuchungen mit den Standardquellen TMIn, TMAI und AsH$_{3}$ ergaben ausgezeichnete optische und gute strukturelle Kristalleigenschaften. Die Hintergrunddotierung war jedoch mit einer Konzentration von 1 x 10$^{16}$ cm$^{-3}$ aufgrund von Silicium- und Sauerstoffverunreinigungen für weitere Anwendungen zu hoch. Zur Reduzierung dieser Verunreinigungen wurde als Aluminiumquelle DMEAAl$^{1}$ eingesetzt. Aufgrund von Vorreaktionen zwischen DMEAAI und TMIn bereits bei Raumtemperatur konnten allerdings keine zufriedenstellenden AllnAs-Schichten deponiert werden. Diese Quellenkombination eignet sich also nicht zur Abscheidung von AllnAs. Mit den optimierten Wachstumsparametern von GaInAs und InP wurden Heterostrukturenin Wasserstoff- als auch in Stickstoffatmosphäre hergestellt und hinsichtlich ihrer Grenzfläche untersucht. Modulationsdotierte 2DEG-Strukturen zeigten bei 1 K Elektronenbeweglichkeiten um 460000 cm$^{2}$/Vs für beide Trägergase. Sowohl Photolumineszenzals auch TEM-Untersuchungen an Quantentopfstrukturen ließen keinen Einfluß des Trägergases auf die Grenzflächeneigenschaften erkennen. Schließlich wurden GaInAs/InP-HEMT-Strukturen unter Stickstoff als Trägergas hergestelltund in bezug auf Modulationseffizienz und Gate-Kanal-Abstand optimiert. Die Bauelemente erreichten Steilheiten von 500 mS/mm und Grenzfrequenzen von 135 GHz fürf$_{T}$ und 200 GHz für f$_{max}$ bei 0.2 $\mu$m T-Gate-Technologie. Diese Werte sind die höchsten, die in diesem Materialsystem bisher erreicht wurden.Insgesamt zeigte sich, daß Stickstoff als Trägergas in der LP-MOVPE einen positiven Beitrag zur Homogenität der Schichten und der Prozeßsicherheit leistet und gleichzeitig für die Herstellung von Bauelementstrukturen tauglich ist.
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