1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2018-23-3-240-25154.052: 547.1.13: 621.315.592.2Mатериалы электроникиStudy on Effect of Electrically Active Impurities Comming from Trimethylgallium at the Different Methods of it Synthesis on Electrophysical Characteristics of Gallium Arsenide Epitaxial LayersИсследование влияния электрически активных примесей, поступающих из синтезированного различными методами триметилгаллия, на электрофизические характеристики эпитаксиальных слоев арсенида галлияРевин Максим Вадимович РевинМаксим Вадимович VadimovichRevin MaksimRevin Maksim VadimovichКотков Анатолий Павлович КотковАнатолий Павлович PavlovichKotkov AnatoliyKotkov Anatoliy PavlovichИванов Валерий Александрович ИвановВалерий Александрович AleksandrovichIvanov ValeriyIvanov Valeriy AleksandrovichРадьков Юрий Федорович РадьковЮрий Федорович FedorovichRadkov YuriyRadkov Yuriy FedorovichСвинков Николай Владимирович СвинковНиколай Владимирович VladimirovichSvinkov NikolaySvinkov Nikolay VladimirovichАртемов Александр Николаевич АртемовАлександр Николаевич NikolaevichArtemov AleksandrArtemov Aleksandr NikolaevichГрибов Борис Георгиевич ГрибовБорис Георгиевич GeorgievichGribov BorisGribov Boris GeorgievichАО «НПП «Салют», г. Нижний Новгород, РоссияНижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского, г. Нижний Нов-город, РоссияАО «НИИ молекулярной электроники», г. Москва, Россиялов» (г. Москва)240251http://ivuz-e.ru/issues/3-_2018/issledovanie_vliyaniya_elektricheski_aktivnykh_primesey_postupayushchikh_iz_sintezirovannogo_razlich/http://ivuz-e.ru/download/3_2018_2207.pdf

At present the heteroepitaxial structures based on gallium arsenide and its solid solutions are the basis for manufacturing of solid state electronics devices. The main method of growing heteroepitaxial structures is the chemical deposition from vapors of metalorganic compounds and volatile hydrides. The electrically active impurities, uncontrollably coming into layers during the growing process, worsen the characteristics of the devices based on the heteroepitaxial structures. In this study a comparison of trimethylgallium (TMG) methods of synthesis into the synthesized product from the point of view of incoming of electrically active impurities in gallium arsenide (GaAs) has been carried out. As an object of the study, the methods of TMG obtaining, including the exchange reaction of gallium trichloride with trimethylaluminum (TMA), as well as the organomagnesium syntheses, with metallic magnesium used as an initial reagent, have been chosen. The behavior of the electrically active impurities during the purification of TMG by the rectification method has been studied. The studies have been performed by the methods of spectral analysis and functional control (based on the electrophysical parameters of GaAs epitaxial layers, grown from TMG and arsine. It has been found that the qualitative and quantitative composition of impurities in TMG after the synthesis (crude TMG) depends on their content in the initial reagents. TMG, obtained by the exchange reaction of gallium trichloride with TMA, is a source of the n-type impurities in GaAs. Basically it is an impurity of silicon. TMG, produced using metallic magnesium, is a source of impurities of both p -type (mainly zinc) and n -type (mainly silicon). Regardless of the quality of the crude TMG material, the use of the rectification method at reduced pressure makes it possible to obtain TMG with a low content of impurities. The GaAs epitaxial layers, grown using the purified trimethylgallium samples (TMG rectificate), have the n-type conductivity with a low background doping level ((0.7-4)×10 cm and high mobility of charge carriers - 7300-8500 cm/(V·s) at 300 K and 90 000-15 600 cm/(V·s) at 77 K. This corresponds to the purest samples of GaAs, grown by Metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) technique using TMG and arsine. Based on the data of the functional control, the content of the impurities, exhibiting the electrical activity in GaAs in the obtained TMG rectificate samples is equal to the level of 10-10.

Химическое осаждение из паров металлоорганических соединений и летучих гидридов (МОС-гидридная эпитаксия) - основной метод выращивания приборных гетероэпитаксиальных структур на основе арсенида галлия (GaAs) и его твердых растворов (Al  Ga As, In  Ga As) в промышленном масштабе. Электрически активные примеси, неконтролируемо поступающие в эпитаксиальные слои в процессе роста, приводят к ухудшению электрофизических параметров приборных структур. Источником поступления фоновых примесей являются исходные материалы. В работе проведено сопоставление методов синтеза триметилгаллия (ТМГ) с точки зрения поступления примесей, в первую очередь являющихся электрически активными в арсениде галлия (GaAs), в синтезированный продукт. В качестве объекта исследования выбраны методы получения ТМГ, включающие обменную реакцию трихлорида галлия с триметилалюминием (ТМА), а также магнийорганические синтезы, в качестве исходного реагента в которых используется металлический магний. Изучено поведение электрически активных примесей в процессе очистки ТМГ методом ректификации. Исследования проводились методом спектрального анализа и функционального контроля электрофизических параметров эпитаксиальных слоев GaAs, выращенных из ТМГ и арсина. Установлено, что качественный и количественный состав примесей в ТМГ после синтеза зависит от их содержания в исходных реагентах. ТМГ, полученный по обменной реакции трихлорида галлия с ТМА, является источником примесей n -типа в GaAs. В основном это элементы IV группы (кремний, олово, свинец), примесь кремния является преобладающей. ТМГ, полученный с использованием металлического магния, является источником примесей как p -типа (преимущественно цинк), так и n -типа (преимущественно кремний). Независимо от качества исходного ТМГ-сырца применение метода ректификации при пониженном давлении позволяет получать ТМГ с низким содержанием примесей. Выращенные с использованием очищенных образцов триметилгаллия (ТМГ-ректификат) эпитаксиальные слои GaAs имеют проводимость n -типа с низким уровнем фонового легирования (0,7-4)×10 см и высокую подвижность носителей заряда - 7300-8500 см/(В·с) при 300 K и 90 000-156 000 см/(В·с) при 77 К. Это соответствует наиболее чистым образцам, полученным из ТМГ и арсина методом МОС-гидридной эпитаксии. На основании данных функционального контроля содержание примесей, проявляющих электрическую активность в GaAs, в полученных образцах ТМГ-ректификата находится на уровне 10-10 ат. %.

триметилгаллийсинтезректификацияспектральный анализМОС-гидридная эпитаксияарсенид галлия Adachi S. GaAs and related materials: bulk semiconducting and superlattice properties. – World Scientific Publishing Co, 1994. – 675 p.Алферов Ж.И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур // Физика и техника полупроводников. – 1998. – Т. 32. – №1. – С. 3–18.Асеев А.Л. Наноматериалы и нанотехнологии для современной полупроводниковой электроники // Российские нанотехнологии. – 2006. – №1. – С. 97–110.Stringfellow G.B. Organometallic vapor – phase epitaxy: theory and practice. – Elsevier, 1999. – P. 35–142.Hanna M.C., Lu Z.H. Intrinsic carbon incorporation in very high purity MOVPE GaAs // J. of Crystal Growth. – 1992. – Vol. 124. – P. 443–448.Rode D.L. Semiconductors and semimetals / Eds. R. K. Willardson, A. C. Beer. – N.Y.: Academic Press, 1975. – Vol. 10. – P1.Jones А.С., O'Brien P. CVD of compound semiconductors: precursor synthesis, devel-opment and applications. – Weinheim, New York, Basel, Cambridge,Tokyo, 1997. – 338 р.Synthesis and purification of trimethylgallium for MOCVD: molecular structure of (KF)4•4(Me3Ga) / K.B. Starowieyski, A. Chwojnowski, K. Jankowski et al. // Applied Organometal. Chem. – 2000. – Vol. 16. – P. 616–622.Bregadze V.I., Golubinskaya L.M., Kozyrkin B.L. Development of method of synthesis of volatile organogallium and organoindium compounds used to prepare semiconductors // J. Cluster Science. – 2002. – Vol. 13. – No. 4. – P. 631–636.Ревин М.В., Артемов А.Н., Сазонова Е.В. Новый синтетический путь получения триметилгаллия // Журнал прикладной химии. – 2013. – Т. 86. – № 9. – С. 1389.Несмеянов А.Н., Иоффе С.Т. Методы элементоорганической химии. – М.: Изд-во Академии наук СССР, 1963. – 561.