Fosfyd indyjowy (InP) jest ważnym związkiem III-VSubstrat półprzewodnikowywykorzystywane w komunikacji optycznej, układach zintegrowanych fotonicznych, elektronikach dużych prędkości, wykrywaniu podczerwieni, laserach, fotodetektorach i zaawansowanych systemach wykrywania.Komercyjne substraty InP są dostępne w kilku konfiguracjach elektrycznychObecne portfele produktów komercyjnych obejmują zazwyczaj materiały o dopingu siarki, cyny,Substraty InP z cyngem i półizolacje.
Dla inżynierów i zespołów zakupowych wybór właściwej płytki InP nie jest tylko kwestią wyboru średnicy i orientacji kryształu.odporność, izolacja elektryczna, konstrukcja kontaktów, kompatybilność epitaksyalna i ostatecznie architektura urządzenia.
W niniejszym przewodniku porównuje się Fe-dopowany półizolacyjny InP, S-dopowany N-typ InP, Sn-dopowany N-typ InP i Zn-dopowany P-typ InP,z szczególną uwagą na sposób wyboru każdego materiału do zastosowań półprzewodnikowych i fotonicznych.
Czyste kryształy półprzewodnikowe rzadko zachowują się jako idealne materiały wewnętrzne w praktycznej produkcji.podczas gdy celowe doping pozwala producentom kontrolować przewodność w przewidywalny sposób.
W przypadku substratu InP doping może być stosowany w celu osiągnięcia trzech zasadniczo różnych celów.
Pierwszym z nich jest stworzenie półizolacyjnego podłoża o wysokiej odporności, w którym przewodzenie elektryczne przez płytkę masową powinno być zminimalizowane.
Drugim jest stworzenie przewodzącego podłoża typu N, w którym elektrony są większością nośników.
Trzecią metodą jest stworzenie przewodzącego podłoża typu P, w którym większość nośników stanowią otwory.
Fe, S, Sn i Zn nie reprezentują zatem po prostu różnych dodatków chemicznych.
| InP Substrat | Funkcja elektryczna | Większość przewoźnika / zachowanie | Główny powód wyboru |
|---|---|---|---|
| Wpływy z dopingu Fe | Pozostałe | Silna rekompensata przewoźnika | Izolacja elektryczna i wysoka rezystywność masowa |
| S-doping InP | Rodzaj N | Elektrony | Wysokie stężenie nośnika typu N i przewodzący podłoże |
| Sn-Doped InP | Rodzaj N | Elektrony | Kontrolowana przewodność typu N |
| Zn-doping InP | Typ P | Otwory | Substrat typu P do specjalnych konstrukcji urządzeń |
Rzeczywiste stężenie nośnika i rezystywność powinny być zawsze potwierdzane na podstawie specyfikacji dostawcy, ponieważ różnią się one w zależności od metody wzrostu kryształu, stężenia dopantu i docelowej klasy płytki.
InP z dopingiem Fe zasadniczo różni się od konwencjonalnych płytek typu N i typu P.
Żelazo jest wprowadzane głównie do tworzenia półizolacji InP, a nie do wytwarzania zwykle przewodzącego półprzewodnika.
W typowych kryształach InP pozostałe płytkie zanieczyszczenia dawców mogą uczynić materiał przewodzącym prąd.Fe wprowadza głęboki poziom akceptorów, który może zrekompensować te pozostałe dawcy poprzez uwięzienie elektronówPo osiągnięciu wystarczającej kompensacji stężenie wolnych nośników staje się bardzo niskie, a materiał masowy osiąga wysoką rezystywność elektryczną.Mechanizm ten stanowi podstawę konwencjonalnych półizolacji InP..
W związku z tym dokładniej jest opisać Fe-doped InP jako skompensowany materiał półizolacyjny, a nie traktować go jako zwykły podłoże typu N lub typu P.
Główną zaletą półizolacji InP jest izolacja elektryczna.
W wielu urządzeniach o wysokiej częstotliwości i urządzeniach fotonicznych niepożądany prąd przepływający przez podłoże może zwiększać parazytowe sprzężenie, wyciek urządzenia i utratę energii elektrycznej.Substrat o wysokiej odporności pomaga w izolacji od siebie aktywnych regionów urządzenia.
Dzięki temu Fe-dopowane półizolacyjne InP są atrakcyjne w zastosowaniach, w których podłoże zapewnia głównie wsparcie mechaniczne,dopasowanie siatki i izolacja elektryczna zamiast działać jako ścieżka niskiego oporu.
Typowe zastosowania mogą obejmować urządzenia o wysokiej częstotliwości, układy fotoniczne zintegrowane, konstrukcje detektorów i inne urządzenia oparte na InP wymagające silnej izolacji podłoża.
Ważnym punktem zakupu jest to, że stężenie Fe nie powinno być interpretowane w taki sam sposób jak stężenie nośnika w materiałach dopowanych S, Sn lub Zn.
W przewodzących płytkach stężenie nośnika bezpośrednio pomaga opisać elektryczne zachowanie podłoża.
W półizolacyjnych płytkach z dopingiem Fe najczęściej kluczowymi parametrami są rezystywność, zachowanie kompensacyjne i jednolitość elektryczna.
Stosunek między stężeniem Fe a rezystywnością zależy również od aktywacji Fe i stężenia zanieczyszczeń pozostałych.Prace nad dużymi średnicami Fe-doped InP wykazały, że kontrola stężenia i aktywacji Fe jest ważna dla osiągnięcia jednolitego oporu elektrycznego w całej płytce.
W przypadku gdy urządzenie wymaga podłoża o bardzo niskiej przewodności elektrycznej, należy zazwyczaj rozważyć materiał z dopingiem Fe.
Jest to szczególnie istotne, gdy projektanci urządzeń chcą zminimalizować wyciek podłoża lub elektrycznie izolować sąsiednie aktywne struktury.
Jednakże nabywcy powinni również wziąć pod uwagę historię termiczną późniejszego przetwarzania epitaksyjnego i urządzenia, ponieważ zachowanie i redystrybucja Fe mogą mieć znaczenie w wymagających strukturach o wysokiej temperaturze.
Z tego powodu w specyfikacji zakupu półizolacji InP należy określić nie tylko dopant, ale także wymaganą rezystywność i odpowiednie limity jakości materiału.
InP dopingowany siarką jest powszechnie dostępną formą substratu InP typu N.
W przeciwieństwie do Fe, siarka służy do świadomego dostarczania wolnych elektronów.Elektrony te zwiększają przewodność elektryczną i sprawiają, że podłoże nadaje się do konstrukcji, w których przewodzenie prądu przez płytkę jest pożądane.
Komercyjne specyfikacje InP zwykle umieszczają materiał dopowany S w stosunkowo wysokich zakresie stężenia nośnika typu N.jedna komercyjna specyfikacja InP wymienia materiał z dopingiem S w zakresie około 1018 cm-3, chociaż dokładna wartość zależy od dostawcy płytek i klasy produktu.
Substraty z dopingiem S są przydatne, gdy mała odporność substratu i silna przewodność typu N są ważne.
Może to być przydatne w konstrukcjach urządzeń, w których podłoże stanowi część drogi prądu elektrycznego lub w których wymagany jest tylny kontakt elektryczny typu N.
InP z dopingiem S jest zatem powszechnie związany z optoelektronicznymi i półprzewodnikowymi strukturami uprawianymi na przewodzących N-typ substratów.
Przykład struktury fotodetektora opartego na InP opublikowany przez Sumitomo Electric wykorzystuje S-doped InP substrat jako podstawę typu N urządzenia.
Jednym z powodów, dla których siarka jest atrakcyjna, jest jej zdolność do wytwarzania stosunkowo wysokich stężeń elektronów.
Wyższe stężenie nośnika na ogół zmniejsza oporność, co może być przydatne w kontaktach tylnych i urządzeniach wtrysku prądu.
Jednakże większy doping nie oznacza automatycznie lepszego.
Nadmierne stężenie nośnika może mieć wpływ na właściwości elektryczne, absorpcję optyczną, kształt epitaksy i zachowanie w kontakcie.W związku z tym należy wybrać właściwą wartość w zależności od struktury urządzenia, a nie jedynie określić najwyższe dostępne stężenie..
InP z dopingiem cyny jest kolejnym komercyjnie ważnym substratem InP typu N.
Podobnie jak doping siarkowy, doping Sn zapewnia przewodność elektronową, ale komercyjne płytki z dopingiem Sn są często dostarczane w różnych oknach koncentracji nośników.
Reprezentatywna specyfikacja handlowa zawiera wykaz InP z dopingiem Sn o stężeniu nośnika w zakresie od górnego obszaru 1017 cm-3 do zakresu 1018 cm-3,natomiast materiał S-doped od tego samego dostawcy rozciąga się dalej w wysokości 1018 cm−3Wartości te są specyficzne dla poszczególnych dostawców, ale pokazują, że doping S i Sn niekoniecznie są wymiennymi specyfikacjami.
Wybór pomiędzy Sn a S powinien zazwyczaj opierać się na wymaganej stężeniu nośnika, rezystywności, procesie epitaksyalnym i architekturze urządzenia.
Materiał z dopingiem Sn może być atrakcyjny, gdy inżynierowie potrzebują przewodzącego substrat InP typu N, ale chcą zakresu stężenia nośnika różnego od tego, który jest zwykle oferowany z silnie S-dopingowanym materiałem.
Cyn jest zanieczyszczeniem dawcą w InP, co pozwala mu wspierać przewodność typu N.
Z punktu widzenia zamówień publicznych lepiej zatem określić wymaganą koncentrację lub rezystywność nośnika, niż po prostu zapytać, czy preferowany jest S lub Sn.
Ostateczny wybór dopantu można następnie dopasować do wymogów elektrycznych urządzenia.
Ponieważ zarówno siarka, jak i cyna wytwarzają InP typu N, kupujący czasami traktują je jako równoważne.
Nie powinny one być automatycznie uznawane za wymienne.
W przypadku wielu projektów pierwszym pytaniem powinno być:
Jaką koncentrację elektronów i rezystywność wymaga urządzenie?
Jeżeli wymagane jest stosunkowo wysokie stężenie nośnika typu N, odpowiednim rozwiązaniem może być S-doping InP.
Jeżeli konstrukcja wymaga innego lub bardziej umiarkowanego okna dopingu typu N, można rozważyć doping InP typu Sn.
Dostawca podłoża powinien również potwierdzić zgodność z planowanym procesem epitaksjalnym.
W przypadku urządzeń o dużej wartości, takich jak lasery, fotodetektory i układy zintegrowane fotoniczne,Wybór podłoża powinien być najlepiej skoordynowany z dostawcą epitaksji, a nie być określany wyłącznie przez dział zakupów płytek.
Cynk jest standardowym dopantem stosowanym do wytwarzania InP typu P.
Zamiast zwiększać stężenie elektronów pasma przewodzenia, Zn tworzy zachowanie akceptorów i zwiększa stężenie otworów.
W specyfikacjach handlowych powszechnie oferowane są Zn-dopowane InP w zakresie stężenia nośnika około 1017 do 1018 cm−3,chociaż rzeczywiste zakresy dostępne zależą w dużej mierze od producenta i klasy płytki.
W projektach urządzeń wymagane jest podłoże typu P, w przypadku gdy podstawa płytki musi stanowić część struktury półprzewodnika typu P.
Może to być istotne w specjalistycznych urządzeniach fotonicznych, optoelektronicznych i elektronicznych, w których polarność połączenia lub konfiguracja kontaktu tylnego wymaga materiału typu P.
Zn jest powszechnie uznawany za zanieczyszczenie typu P w systemach półprzewodnikowych opartych na InP.
Ważne jest również zachowanie termiczne Zn.
Zn może się redystrybuować w warunkach przetwarzania termicznego, a zachowanie dyfuzyjne może mieć znaczenie w strukturach półprzewodnikowych narażonych na podwyższoną temperaturę.
W przypadku gotowego podłoża nie stwarza to automatycznie problemu.przy ustalaniu dopuszczalnego stężenia Zn należy uwzględnić cały proces termiczny.
Najważniejszą różnicę można podsumować bardzo prosto.
InP półizolacyjny z dopingiem Fe jest wybierany, gdy chcesz stłumić przewodzenie elektryczne przez podłoże.
S- lub Sn-dopowany typ N InP jest wybierany, gdy substratu zaleca się przewodzenie elektronów.
InP typu P z dopingiem Zn jest wybierany, gdy podłoże musi zapewniać przewodzenie dziur.
Rozróżnienie to powinno być określone przez architekturę elektryczną urządzenia przed ostatecznym określeniem innych parametrów płytki.
Wybór niewłaściwego typu przewodności może spowodować, że inaczej wysokiej jakości płytka będzie całkowicie nieodpowiednia do określonego procesu urządzenia.
Stężenie nośnika i rezystywność są ściśle powiązane, ale nie powinny być traktowane jako identyczne specyfikacje.
W przypadku przewodzących płytek typu N i typu P koncentracja nośnika jest często jednym z najważniejszych parametrów zakupu energii elektrycznej.
Na przykład nabywca może określić:
N-typ S-dopingowany InP z docelowym zakresem stężenia elektronów.
Albo:
Zn-doping InP typu P z określonym zakresem stężenia w otworze.
W przypadku półizolacji InP, jednak bardziej istotną specyfikacją jest zazwyczaj rezystywność masowa, ponieważ celem jest tłumienie przewodzenia wolnego nośnika.
W przypadku wyraźnego RFQ należy zatem stosować parametr elektryczny, który najlepiej pasuje do typu materiału, zamiast stosować ten sam format specyfikacji do każdej płytki InP.
Większość substratów InP nie jest wykorzystywana jako gołe płytki w końcowym urządzeniu.
Zamiast tego służą jako podłoże wzrostu dla struktur epitaksyalnych, takich jak InGaAs, InGaAsP, InAlAs lub innych materiałów III-V dopasowanych do siatki.
Doping substratów może mieć wpływ na sposób projektowania całego urządzenia epitaksjalnego.
Na przykład przewodzące podłoże typu N mogą ułatwiać tylne kontakty elektryczne w niektórych konstrukcjach urządzeń,podczas gdy półizolacyjne podłoże mogą zapewnić izolację elektryczną dla urządzeń zintegrowanych bocznie.
Substraty typu P mogą być wybierane, gdy wymagana biegunowość urządzenia lub sekwencja warstwy epitaksyalnej czyni je korzystnymi.
Z tego względu doping podłoża należy określić wraz z konstrukcją warstwy nawierzchniowej.
Nawet po wyborze właściwego typu dopingu należy określić kilka dodatkowych parametrów płytki.
RFQ produkcji powinien zazwyczaj określać średnicę, grubość, orientację kryształu, rodzaj przewodności, dopant, stężenie nośnika lub rezystywność, stan powierzchni, konfigurację polerowania, TTV,łuk, warp, wymagania dotyczące wad i ilości.
Komercyjne substraty InP są dostępne w wielu średnicach, a obecni dostawcy oferują produkty od małych płytek badawczych do większych formatów produkcji.Obecnie zawiera listę średnic podłoża InP od 2 do 6 cali i oferuje siarkę, cyny, cynku i półizolacji.
Rozwój dużych średnic jest szczególnie ważny, ponieważ geometria płytki, jednolitość rezystywności i kontrola wad kryształowych stają się coraz trudniejsze wraz ze wzrostem średnicy podłoża.
Doping elektryczny jest tylko jedną częścią specyfikacji podłoża.
Płytki InP mogą być również dostarczane w różnych warunkach powierzchni.
SSP, czyli płytki polerowane z jednej strony, mają jedną główną wypolerowaną powierzchnię.
DSP, czyli płytki polerowane z dwóch stron, mają obie powierzchnie polerowane.
W przypadku płytek polerowanych gotowych do epitaxy wymagają one starannie kontrolowanego przygotowania powierzchni, ponieważ jakość powierzchni podłoża bezpośrednio wpływa na późniejszy wzrost epitaxy.
Komercyjni dostawcy InP stosują techniki metrologii optycznej i powierzchniowej do kontroli jakości polerowanych płytek przed pakowaniem.
Prawidłowa konfiguracja polerowania zależy od przepływu procesu, wymogów inspekcyjnych oraz od tego, czy potrzebne jest optyczne lub litograficzne przetwarzanie.
W przypadku większości projektów do wyboru dopantu można podejść poprzez funkcję elektryczną podłoża.
Jeśli podłoże musi zapewniać silną izolację elektryczną, zazwyczaj logiczną drogą wyjścia jest półizolacja InP z dopingiem Fe.
Jeżeli podłoże musi zapewniać przewodnictwo typu N, należy porównać materiał z dopingiem S i materiał z dopingiem Sn w zależności od stężenia nośnika, rezystywności i wymogów epitaksyalnych.
Jeśli struktura wymaga podłoża typu P, konwencjonalnym wyborem jest Zn-doping InP.
Następnie decyzję należy dopracować w zależności od średnicy płytki, orientacji kryształu, wykończenia powierzchni, tolerancji mechanicznych oraz wymagań struktury epitaksjalnej.
Z technicznego punktu widzenia kompletne badanie płytek InP może wyglądać następująco:
Materiał: fosforek india
Średnica: 2", 3", 4" lub wymagana średnica
Orientacja: (100) lub określona orientacja
Przewodność: półizolacja / typ N / typ P
Dopant: Fe / S / Sn / Zn
Koncentracja nośnika: wymagany zakres dla płyt przewodzących
Odporność: Wartość wymagana dla płyt półizolacyjnych
Grubość: wymagana wartość nominalna i tolerancja
Powierzchnia: SSP / DSP / Epi-ready
TTV / łuk / warp: wymagane limity
Ilość: liczba płytek
Zastosowanie: laser / detektor / PIC / RF / badania / inne urządzenie
Zapewnienie wniosku jest szczególnie przydatne, ponieważ umożliwia dostawcy zidentyfikowanie potencjalnych konfliktów między poziomem dopantu, geometrią płytki i przetwarzaniem w dalszym etapie.
Jednym z najczęstszych błędów jest proste żądanie płytki InP bez określenia typu przewodności.
Innym jest określenie tylko typu N bez stwierdzenia, czy doping siarki lub cyny jest dopuszczalny.
W przypadku płytek półizolacyjnych wymaganie jedynie "Fe-doped" bez określenia wymaganej rezystywności elektrycznej może również prowadzić do niejednoznaczności.
Podobnie, określenie materiału dopingowanego Zn bez określenia pożądanego stężenia otworu może pozostawić zbyt duże różnice w właściwościach elektrycznych.
Najbezpieczniejszym podejściem do zakupu jest zatem określenie najpierw wymagań dotyczących urządzeń, a następnie chemiki dopantu.
Fe, siarka, cyna i cynk nadają substratom InP zasadniczo różne właściwości elektryczne.
InP z dopingiem Fe wykorzystuje kompensatę głębokiego poziomu do tworzenia półizolacyjnego podłoża o wysokiej odporności i nadaje się do urządzeń, w których izolacja elektryczna jest ważna.
S-doping InP zapewnia przewodność typu N i jest powszechnie wybierany, gdy wymagane jest stosunkowo wysokie stężenie elektronów i przewodzący podłoże.
Sn-doped InP zapewnia również przewodność typu N i oferuje kolejne okno koncentracji nośnika dla struktur urządzeń wymagających kontrolowanej przewodności elektronów.
Zn-doping InP tworzy przewodność typu P i jest stosowany, gdy architektura urządzenia wymaga przewodzącego dziurę podłoża.
Nie istnieje zatem powszechnie "najlepszy" dopant InP.
Odpowiedni podłoże jest określane przez wymaganą funkcję elektryczną, stężenie nośnika lub rezystywność, strukturę epitaksyalną, proces cieplny i architekturę urządzenia.
W przypadku zamówień najpewniejszym podejściem jest określenie razem typu przewodności, dopantu, stężenia nośnika lub rezystywności, orientacji kryształowej, średnicy, grubości i stanu polerowania.Zapewnia to, że wybrany podłoże InP jest kompatybilne zarówno z procesem epitaksjalnym, jak i końcowym urządzeniem półprzewodnikowym.
Fosfyd indyjowy (InP) jest ważnym związkiem III-VSubstrat półprzewodnikowywykorzystywane w komunikacji optycznej, układach zintegrowanych fotonicznych, elektronikach dużych prędkości, wykrywaniu podczerwieni, laserach, fotodetektorach i zaawansowanych systemach wykrywania.Komercyjne substraty InP są dostępne w kilku konfiguracjach elektrycznychObecne portfele produktów komercyjnych obejmują zazwyczaj materiały o dopingu siarki, cyny,Substraty InP z cyngem i półizolacje.
Dla inżynierów i zespołów zakupowych wybór właściwej płytki InP nie jest tylko kwestią wyboru średnicy i orientacji kryształu.odporność, izolacja elektryczna, konstrukcja kontaktów, kompatybilność epitaksyalna i ostatecznie architektura urządzenia.
W niniejszym przewodniku porównuje się Fe-dopowany półizolacyjny InP, S-dopowany N-typ InP, Sn-dopowany N-typ InP i Zn-dopowany P-typ InP,z szczególną uwagą na sposób wyboru każdego materiału do zastosowań półprzewodnikowych i fotonicznych.
Czyste kryształy półprzewodnikowe rzadko zachowują się jako idealne materiały wewnętrzne w praktycznej produkcji.podczas gdy celowe doping pozwala producentom kontrolować przewodność w przewidywalny sposób.
W przypadku substratu InP doping może być stosowany w celu osiągnięcia trzech zasadniczo różnych celów.
Pierwszym z nich jest stworzenie półizolacyjnego podłoża o wysokiej odporności, w którym przewodzenie elektryczne przez płytkę masową powinno być zminimalizowane.
Drugim jest stworzenie przewodzącego podłoża typu N, w którym elektrony są większością nośników.
Trzecią metodą jest stworzenie przewodzącego podłoża typu P, w którym większość nośników stanowią otwory.
Fe, S, Sn i Zn nie reprezentują zatem po prostu różnych dodatków chemicznych.
| InP Substrat | Funkcja elektryczna | Większość przewoźnika / zachowanie | Główny powód wyboru |
|---|---|---|---|
| Wpływy z dopingu Fe | Pozostałe | Silna rekompensata przewoźnika | Izolacja elektryczna i wysoka rezystywność masowa |
| S-doping InP | Rodzaj N | Elektrony | Wysokie stężenie nośnika typu N i przewodzący podłoże |
| Sn-Doped InP | Rodzaj N | Elektrony | Kontrolowana przewodność typu N |
| Zn-doping InP | Typ P | Otwory | Substrat typu P do specjalnych konstrukcji urządzeń |
Rzeczywiste stężenie nośnika i rezystywność powinny być zawsze potwierdzane na podstawie specyfikacji dostawcy, ponieważ różnią się one w zależności od metody wzrostu kryształu, stężenia dopantu i docelowej klasy płytki.
InP z dopingiem Fe zasadniczo różni się od konwencjonalnych płytek typu N i typu P.
Żelazo jest wprowadzane głównie do tworzenia półizolacji InP, a nie do wytwarzania zwykle przewodzącego półprzewodnika.
W typowych kryształach InP pozostałe płytkie zanieczyszczenia dawców mogą uczynić materiał przewodzącym prąd.Fe wprowadza głęboki poziom akceptorów, który może zrekompensować te pozostałe dawcy poprzez uwięzienie elektronówPo osiągnięciu wystarczającej kompensacji stężenie wolnych nośników staje się bardzo niskie, a materiał masowy osiąga wysoką rezystywność elektryczną.Mechanizm ten stanowi podstawę konwencjonalnych półizolacji InP..
W związku z tym dokładniej jest opisać Fe-doped InP jako skompensowany materiał półizolacyjny, a nie traktować go jako zwykły podłoże typu N lub typu P.
Główną zaletą półizolacji InP jest izolacja elektryczna.
W wielu urządzeniach o wysokiej częstotliwości i urządzeniach fotonicznych niepożądany prąd przepływający przez podłoże może zwiększać parazytowe sprzężenie, wyciek urządzenia i utratę energii elektrycznej.Substrat o wysokiej odporności pomaga w izolacji od siebie aktywnych regionów urządzenia.
Dzięki temu Fe-dopowane półizolacyjne InP są atrakcyjne w zastosowaniach, w których podłoże zapewnia głównie wsparcie mechaniczne,dopasowanie siatki i izolacja elektryczna zamiast działać jako ścieżka niskiego oporu.
Typowe zastosowania mogą obejmować urządzenia o wysokiej częstotliwości, układy fotoniczne zintegrowane, konstrukcje detektorów i inne urządzenia oparte na InP wymagające silnej izolacji podłoża.
Ważnym punktem zakupu jest to, że stężenie Fe nie powinno być interpretowane w taki sam sposób jak stężenie nośnika w materiałach dopowanych S, Sn lub Zn.
W przewodzących płytkach stężenie nośnika bezpośrednio pomaga opisać elektryczne zachowanie podłoża.
W półizolacyjnych płytkach z dopingiem Fe najczęściej kluczowymi parametrami są rezystywność, zachowanie kompensacyjne i jednolitość elektryczna.
Stosunek między stężeniem Fe a rezystywnością zależy również od aktywacji Fe i stężenia zanieczyszczeń pozostałych.Prace nad dużymi średnicami Fe-doped InP wykazały, że kontrola stężenia i aktywacji Fe jest ważna dla osiągnięcia jednolitego oporu elektrycznego w całej płytce.
W przypadku gdy urządzenie wymaga podłoża o bardzo niskiej przewodności elektrycznej, należy zazwyczaj rozważyć materiał z dopingiem Fe.
Jest to szczególnie istotne, gdy projektanci urządzeń chcą zminimalizować wyciek podłoża lub elektrycznie izolować sąsiednie aktywne struktury.
Jednakże nabywcy powinni również wziąć pod uwagę historię termiczną późniejszego przetwarzania epitaksyjnego i urządzenia, ponieważ zachowanie i redystrybucja Fe mogą mieć znaczenie w wymagających strukturach o wysokiej temperaturze.
Z tego powodu w specyfikacji zakupu półizolacji InP należy określić nie tylko dopant, ale także wymaganą rezystywność i odpowiednie limity jakości materiału.
InP dopingowany siarką jest powszechnie dostępną formą substratu InP typu N.
W przeciwieństwie do Fe, siarka służy do świadomego dostarczania wolnych elektronów.Elektrony te zwiększają przewodność elektryczną i sprawiają, że podłoże nadaje się do konstrukcji, w których przewodzenie prądu przez płytkę jest pożądane.
Komercyjne specyfikacje InP zwykle umieszczają materiał dopowany S w stosunkowo wysokich zakresie stężenia nośnika typu N.jedna komercyjna specyfikacja InP wymienia materiał z dopingiem S w zakresie około 1018 cm-3, chociaż dokładna wartość zależy od dostawcy płytek i klasy produktu.
Substraty z dopingiem S są przydatne, gdy mała odporność substratu i silna przewodność typu N są ważne.
Może to być przydatne w konstrukcjach urządzeń, w których podłoże stanowi część drogi prądu elektrycznego lub w których wymagany jest tylny kontakt elektryczny typu N.
InP z dopingiem S jest zatem powszechnie związany z optoelektronicznymi i półprzewodnikowymi strukturami uprawianymi na przewodzących N-typ substratów.
Przykład struktury fotodetektora opartego na InP opublikowany przez Sumitomo Electric wykorzystuje S-doped InP substrat jako podstawę typu N urządzenia.
Jednym z powodów, dla których siarka jest atrakcyjna, jest jej zdolność do wytwarzania stosunkowo wysokich stężeń elektronów.
Wyższe stężenie nośnika na ogół zmniejsza oporność, co może być przydatne w kontaktach tylnych i urządzeniach wtrysku prądu.
Jednakże większy doping nie oznacza automatycznie lepszego.
Nadmierne stężenie nośnika może mieć wpływ na właściwości elektryczne, absorpcję optyczną, kształt epitaksy i zachowanie w kontakcie.W związku z tym należy wybrać właściwą wartość w zależności od struktury urządzenia, a nie jedynie określić najwyższe dostępne stężenie..
InP z dopingiem cyny jest kolejnym komercyjnie ważnym substratem InP typu N.
Podobnie jak doping siarkowy, doping Sn zapewnia przewodność elektronową, ale komercyjne płytki z dopingiem Sn są często dostarczane w różnych oknach koncentracji nośników.
Reprezentatywna specyfikacja handlowa zawiera wykaz InP z dopingiem Sn o stężeniu nośnika w zakresie od górnego obszaru 1017 cm-3 do zakresu 1018 cm-3,natomiast materiał S-doped od tego samego dostawcy rozciąga się dalej w wysokości 1018 cm−3Wartości te są specyficzne dla poszczególnych dostawców, ale pokazują, że doping S i Sn niekoniecznie są wymiennymi specyfikacjami.
Wybór pomiędzy Sn a S powinien zazwyczaj opierać się na wymaganej stężeniu nośnika, rezystywności, procesie epitaksyalnym i architekturze urządzenia.
Materiał z dopingiem Sn może być atrakcyjny, gdy inżynierowie potrzebują przewodzącego substrat InP typu N, ale chcą zakresu stężenia nośnika różnego od tego, który jest zwykle oferowany z silnie S-dopingowanym materiałem.
Cyn jest zanieczyszczeniem dawcą w InP, co pozwala mu wspierać przewodność typu N.
Z punktu widzenia zamówień publicznych lepiej zatem określić wymaganą koncentrację lub rezystywność nośnika, niż po prostu zapytać, czy preferowany jest S lub Sn.
Ostateczny wybór dopantu można następnie dopasować do wymogów elektrycznych urządzenia.
Ponieważ zarówno siarka, jak i cyna wytwarzają InP typu N, kupujący czasami traktują je jako równoważne.
Nie powinny one być automatycznie uznawane za wymienne.
W przypadku wielu projektów pierwszym pytaniem powinno być:
Jaką koncentrację elektronów i rezystywność wymaga urządzenie?
Jeżeli wymagane jest stosunkowo wysokie stężenie nośnika typu N, odpowiednim rozwiązaniem może być S-doping InP.
Jeżeli konstrukcja wymaga innego lub bardziej umiarkowanego okna dopingu typu N, można rozważyć doping InP typu Sn.
Dostawca podłoża powinien również potwierdzić zgodność z planowanym procesem epitaksjalnym.
W przypadku urządzeń o dużej wartości, takich jak lasery, fotodetektory i układy zintegrowane fotoniczne,Wybór podłoża powinien być najlepiej skoordynowany z dostawcą epitaksji, a nie być określany wyłącznie przez dział zakupów płytek.
Cynk jest standardowym dopantem stosowanym do wytwarzania InP typu P.
Zamiast zwiększać stężenie elektronów pasma przewodzenia, Zn tworzy zachowanie akceptorów i zwiększa stężenie otworów.
W specyfikacjach handlowych powszechnie oferowane są Zn-dopowane InP w zakresie stężenia nośnika około 1017 do 1018 cm−3,chociaż rzeczywiste zakresy dostępne zależą w dużej mierze od producenta i klasy płytki.
W projektach urządzeń wymagane jest podłoże typu P, w przypadku gdy podstawa płytki musi stanowić część struktury półprzewodnika typu P.
Może to być istotne w specjalistycznych urządzeniach fotonicznych, optoelektronicznych i elektronicznych, w których polarność połączenia lub konfiguracja kontaktu tylnego wymaga materiału typu P.
Zn jest powszechnie uznawany za zanieczyszczenie typu P w systemach półprzewodnikowych opartych na InP.
Ważne jest również zachowanie termiczne Zn.
Zn może się redystrybuować w warunkach przetwarzania termicznego, a zachowanie dyfuzyjne może mieć znaczenie w strukturach półprzewodnikowych narażonych na podwyższoną temperaturę.
W przypadku gotowego podłoża nie stwarza to automatycznie problemu.przy ustalaniu dopuszczalnego stężenia Zn należy uwzględnić cały proces termiczny.
Najważniejszą różnicę można podsumować bardzo prosto.
InP półizolacyjny z dopingiem Fe jest wybierany, gdy chcesz stłumić przewodzenie elektryczne przez podłoże.
S- lub Sn-dopowany typ N InP jest wybierany, gdy substratu zaleca się przewodzenie elektronów.
InP typu P z dopingiem Zn jest wybierany, gdy podłoże musi zapewniać przewodzenie dziur.
Rozróżnienie to powinno być określone przez architekturę elektryczną urządzenia przed ostatecznym określeniem innych parametrów płytki.
Wybór niewłaściwego typu przewodności może spowodować, że inaczej wysokiej jakości płytka będzie całkowicie nieodpowiednia do określonego procesu urządzenia.
Stężenie nośnika i rezystywność są ściśle powiązane, ale nie powinny być traktowane jako identyczne specyfikacje.
W przypadku przewodzących płytek typu N i typu P koncentracja nośnika jest często jednym z najważniejszych parametrów zakupu energii elektrycznej.
Na przykład nabywca może określić:
N-typ S-dopingowany InP z docelowym zakresem stężenia elektronów.
Albo:
Zn-doping InP typu P z określonym zakresem stężenia w otworze.
W przypadku półizolacji InP, jednak bardziej istotną specyfikacją jest zazwyczaj rezystywność masowa, ponieważ celem jest tłumienie przewodzenia wolnego nośnika.
W przypadku wyraźnego RFQ należy zatem stosować parametr elektryczny, który najlepiej pasuje do typu materiału, zamiast stosować ten sam format specyfikacji do każdej płytki InP.
Większość substratów InP nie jest wykorzystywana jako gołe płytki w końcowym urządzeniu.
Zamiast tego służą jako podłoże wzrostu dla struktur epitaksyalnych, takich jak InGaAs, InGaAsP, InAlAs lub innych materiałów III-V dopasowanych do siatki.
Doping substratów może mieć wpływ na sposób projektowania całego urządzenia epitaksjalnego.
Na przykład przewodzące podłoże typu N mogą ułatwiać tylne kontakty elektryczne w niektórych konstrukcjach urządzeń,podczas gdy półizolacyjne podłoże mogą zapewnić izolację elektryczną dla urządzeń zintegrowanych bocznie.
Substraty typu P mogą być wybierane, gdy wymagana biegunowość urządzenia lub sekwencja warstwy epitaksyalnej czyni je korzystnymi.
Z tego względu doping podłoża należy określić wraz z konstrukcją warstwy nawierzchniowej.
Nawet po wyborze właściwego typu dopingu należy określić kilka dodatkowych parametrów płytki.
RFQ produkcji powinien zazwyczaj określać średnicę, grubość, orientację kryształu, rodzaj przewodności, dopant, stężenie nośnika lub rezystywność, stan powierzchni, konfigurację polerowania, TTV,łuk, warp, wymagania dotyczące wad i ilości.
Komercyjne substraty InP są dostępne w wielu średnicach, a obecni dostawcy oferują produkty od małych płytek badawczych do większych formatów produkcji.Obecnie zawiera listę średnic podłoża InP od 2 do 6 cali i oferuje siarkę, cyny, cynku i półizolacji.
Rozwój dużych średnic jest szczególnie ważny, ponieważ geometria płytki, jednolitość rezystywności i kontrola wad kryształowych stają się coraz trudniejsze wraz ze wzrostem średnicy podłoża.
Doping elektryczny jest tylko jedną częścią specyfikacji podłoża.
Płytki InP mogą być również dostarczane w różnych warunkach powierzchni.
SSP, czyli płytki polerowane z jednej strony, mają jedną główną wypolerowaną powierzchnię.
DSP, czyli płytki polerowane z dwóch stron, mają obie powierzchnie polerowane.
W przypadku płytek polerowanych gotowych do epitaxy wymagają one starannie kontrolowanego przygotowania powierzchni, ponieważ jakość powierzchni podłoża bezpośrednio wpływa na późniejszy wzrost epitaxy.
Komercyjni dostawcy InP stosują techniki metrologii optycznej i powierzchniowej do kontroli jakości polerowanych płytek przed pakowaniem.
Prawidłowa konfiguracja polerowania zależy od przepływu procesu, wymogów inspekcyjnych oraz od tego, czy potrzebne jest optyczne lub litograficzne przetwarzanie.
W przypadku większości projektów do wyboru dopantu można podejść poprzez funkcję elektryczną podłoża.
Jeśli podłoże musi zapewniać silną izolację elektryczną, zazwyczaj logiczną drogą wyjścia jest półizolacja InP z dopingiem Fe.
Jeżeli podłoże musi zapewniać przewodnictwo typu N, należy porównać materiał z dopingiem S i materiał z dopingiem Sn w zależności od stężenia nośnika, rezystywności i wymogów epitaksyalnych.
Jeśli struktura wymaga podłoża typu P, konwencjonalnym wyborem jest Zn-doping InP.
Następnie decyzję należy dopracować w zależności od średnicy płytki, orientacji kryształu, wykończenia powierzchni, tolerancji mechanicznych oraz wymagań struktury epitaksjalnej.
Z technicznego punktu widzenia kompletne badanie płytek InP może wyglądać następująco:
Materiał: fosforek india
Średnica: 2", 3", 4" lub wymagana średnica
Orientacja: (100) lub określona orientacja
Przewodność: półizolacja / typ N / typ P
Dopant: Fe / S / Sn / Zn
Koncentracja nośnika: wymagany zakres dla płyt przewodzących
Odporność: Wartość wymagana dla płyt półizolacyjnych
Grubość: wymagana wartość nominalna i tolerancja
Powierzchnia: SSP / DSP / Epi-ready
TTV / łuk / warp: wymagane limity
Ilość: liczba płytek
Zastosowanie: laser / detektor / PIC / RF / badania / inne urządzenie
Zapewnienie wniosku jest szczególnie przydatne, ponieważ umożliwia dostawcy zidentyfikowanie potencjalnych konfliktów między poziomem dopantu, geometrią płytki i przetwarzaniem w dalszym etapie.
Jednym z najczęstszych błędów jest proste żądanie płytki InP bez określenia typu przewodności.
Innym jest określenie tylko typu N bez stwierdzenia, czy doping siarki lub cyny jest dopuszczalny.
W przypadku płytek półizolacyjnych wymaganie jedynie "Fe-doped" bez określenia wymaganej rezystywności elektrycznej może również prowadzić do niejednoznaczności.
Podobnie, określenie materiału dopingowanego Zn bez określenia pożądanego stężenia otworu może pozostawić zbyt duże różnice w właściwościach elektrycznych.
Najbezpieczniejszym podejściem do zakupu jest zatem określenie najpierw wymagań dotyczących urządzeń, a następnie chemiki dopantu.
Fe, siarka, cyna i cynk nadają substratom InP zasadniczo różne właściwości elektryczne.
InP z dopingiem Fe wykorzystuje kompensatę głębokiego poziomu do tworzenia półizolacyjnego podłoża o wysokiej odporności i nadaje się do urządzeń, w których izolacja elektryczna jest ważna.
S-doping InP zapewnia przewodność typu N i jest powszechnie wybierany, gdy wymagane jest stosunkowo wysokie stężenie elektronów i przewodzący podłoże.
Sn-doped InP zapewnia również przewodność typu N i oferuje kolejne okno koncentracji nośnika dla struktur urządzeń wymagających kontrolowanej przewodności elektronów.
Zn-doping InP tworzy przewodność typu P i jest stosowany, gdy architektura urządzenia wymaga przewodzącego dziurę podłoża.
Nie istnieje zatem powszechnie "najlepszy" dopant InP.
Odpowiedni podłoże jest określane przez wymaganą funkcję elektryczną, stężenie nośnika lub rezystywność, strukturę epitaksyalną, proces cieplny i architekturę urządzenia.
W przypadku zamówień najpewniejszym podejściem jest określenie razem typu przewodności, dopantu, stężenia nośnika lub rezystywności, orientacji kryształowej, średnicy, grubości i stanu polerowania.Zapewnia to, że wybrany podłoże InP jest kompatybilne zarówno z procesem epitaksjalnym, jak i końcowym urządzeniem półprzewodnikowym.
english
français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
português
Nederlandse
ελληνικά
日本語
한국
العربية
Türkçe
polski