引言
半绝缘GaAs(Si-GaAs)材料主要应用于微电子领域，如GaAs微波大功率器件、CaAs低噪声器件、微波毫米波单片集成电路、超高速数字电路。在制造集成电路和光电集成电路时，对Si-GaAs衬底的电学均匀性要求非常高。通过研究其对应关系，发现EL2浓度的作用最为明显，而且即使在无位错晶体中也可以观察到EL2分布的非均匀性以及与之联系的电学非均匀性，所以早期认为对衬底质量产生影响的最主要因素是深施主缺陷EL2。因此，本文对大直径LECSi-GaAs中深施主缺陷EL2进行红外光谱分析，并对其分布机理进行探讨。
1实验
实验样品为常规LEC法生产的6inch非掺Si-GaAs单晶双面抛光片(开盒即用型)，n型晶向，位错密度(EPD)为3×105~5×105/cm2,晶片厚度695μm。
LECSi-GaAs样品中的EL2浓度的测量一般方法是采用红外吸收法，这是由于半绝缘砷化镓晶片中EL2深电子能级陷阱光吸收系数与其浓度具有对应关系。
在对样品进行测试时，由于样品比较薄，为提高测量精度，采用以薄片宽度代替厚度的方法。测量前首先用金刚刀沿样品径向解理成一窄条，窄条宽度为测量样品所需厚度，大约为2~4mm，再把窄条截成1~2cm的小段，把制备好的试样和样品架一起置于显微镜的样品台上。测得每个解理后的样品在1.0972μm处的吸收系数并由经验标准公式计算EL2的浓度(本标准适用于非掺杂半绝缘砷化镓晶片中EL2浓度的测定，不适用于测量掺铬半绝缘砷化镓试样中的EL2浓度)。EL2的吸
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收光谱（见图1），图中纵坐标为样品在各个波长处的吸收光度值，其中，A1和A2为1097.2nm和2000nm处的吸光度值。计算EL2浓度原理如下
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式中，NEL2为EL2浓度，单位为cm-3；α为EL2吸收系数，单位为cm-1。α由公式（2）计算
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式中，L试样厚度，单位为cm;A1和A2光谱图中1097.2nm和2000nm处的吸光度值。
2结果和讨论
通过红外吸收仪测得每个解理后小样品在1.0972μm处的吸收系数并由经验标准公式计算出EL2浓度(见表1)
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可以用曲线图形象地描述出整个样品中EL2浓度的径向分布情况(见图2)。
由图2可以看出，大直径半绝缘砷化镓中深施主缺陷EL2浓度沿直径方向成W型分布，中心区域比较高，靠近中间区域最低，边缘区域最高。对于EL2的W型分布的起因尚无统一认识。曾有研究者提出，在非理想化学配比LEC条件下生长Si-GaAs晶体时，在结晶界面，GaAs熔体形成一个组分扩散层，若GaAs是富As的，扩散层中As原子百分比应较其下面的熔体大，组分扩散层中As原子百分比与该扩散层厚度成正比。晶体生长过程中对流特性导致组分扩散厚度分布不均匀，造成EL2的径向分布不均匀分布。如果这一观点正确，则富Ga熔体生长的ELCGaAs晶锭中EL2浓度径向分布应与富As情况下成反平行对应关系即M型，但测量发现无论是富As还是富Ga样品中，EL2径向分布均为W型，未发现M型分布的情况，所以认为，用对流导致组分扩散层厚度不均匀理论不适用于解释EL2浓度的W型分布。
而目前普遍认为可以解释这一现象的理论：深施主缺陷EL2浓度分布与过量As有关。文献表明，EL2是GaAs晶体中过量As存在的一种形式，其浓度强烈依赖过量As的浓度，而在晶体生长后的冷却过程中热应变场对过量As的分布会造成一定影响。同时位错应变场的作用使过量As向位错聚集，因此高位错区过量As浓度高。徐岳生等人研究表明，大直径半绝缘砷化镓中位错密度沿直径方向成W型分布，即中心区域比较高，靠近中心区域最低，边缘区域最高。这主要是因为在拉晶过程中，当晶体拉出液面后，晶棒表面和晶棒内部存在的温差很大，产生很大的热应力，使中心和边缘分别处于被压和被拉的状态，这有可能在晶棒边缘和中心产生大量的位错。另外在晶棒滚圆、切片过程中也可能会引进缺陷，还有对晶片进行研磨、抛光处理时也容易引起边缘损伤。过量砷由于受到位错应力场的作用而被吸附到位错附近，围绕着位错分布，大部分缀饰在位错线上。因此，位错密度的分布特征影响过量砷的分布，也就影响深施主缺陷EL2浓度的分布。
3结论
通过本文研究显示，红外光谱分析技术能够方便有效地研究大直径LECSi-GaAs中的深施主缺陷。在对样品进行测试时，由于样品比较薄，为提高测量精度，采用以薄片宽度代替厚度的方法。研究表明，大直径LECSi-GaAs深施主缺陷EL2浓度沿直径方向成W型分布，中心区域比较高，靠近中间区域最低，边缘区域最高。EL2是GaAs晶体中过量As存在的一种形式，其浓度强烈依赖过量As的浓度。而在晶体生长后的冷却过程中热应变场对过量As的分布会造成一定影响，同时位错应变场的作用使过量As向位错聚集。大直径半绝缘砷化镓中位错密度沿直径方向成W型分布，因此，位错密度的分布特征影响过量砷的分布，也就影响深施主缺陷EL2浓度的分布。
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