3.3.1 Tiefe Störstellen in GaAs



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3.3.1 Tiefe Störstellen in GaAs

 

In Galliumarsenidsubstraten kommt diesen tiefen Störstellen eine große Bedeutung zu. Im Gegensatz zu Silizium, wo schon die intrinsische Ladungsträgerkonzentration von bei Raumtemperatur die Isolationsfähigkeit des Materials begrenzt, wäre reines Galliumarsenid gut zur Isolation einzelner Bauelemente auf einem Substrat einsetzbar. Die intrinsische Ladungsträgerkonzentration liegt in der Größenordnung von nur . Leider ist es nicht möglich, Kristalle mit einer Konzentration von Verunreinigungen unter etwa herzustellen. Entsprechend hoch liegen die Ladungsträgerkonzentrationen im Halbleiter. Allerdings ist es in diesem Falle möglich, die Ladungsträgerkonzentrationen durch Kompensation theoretisch bis zur intrinsischen Konzentration zu verringern. Kompensation bedeutet, daß die Elektronen der Donatoren mit durch Akzeptoren erzeugten Löchern rekombinieren und diese dadurch neutralisieren. Praktisch kann man diese Kompensation nur mithilfe von tiefen Störstellen erreichen, da diese, auch wenn sie im Überschuß vorhanden sind, aufgrund der energetischen Lage im verbotenen Band kaum Ladungsträger für den Stromtransport beisteuern. Je nach Herstellungsprozeß enthält GaAs entweder Verunreinigungen von Silizium - ein flacher Donator - oder Kohlenstoff - ein flacher Akzeptor in GaAs. Abb. 3.9 veranschaulicht diese Situation. Durch Dotierung mit Chrom - einem tiefen Akzeptor - können somit Siliziumverunreinigungen kompensiert werden. Eine weitere Besonderheit in GaAs macht eine Dotierung mit tiefen Donatoren zur Kompensation von Kohlenstoffverunreinigungen überflüssig. Beim Herstellungsprozeß ensteht durch Vertauschung von Gallium- und Arsen-Atomen an den Gitterplätzen ein Defekt, das sogenannte EL2 Niveau, der als tiefer Donator wirkt, und so automatisch unerwünschte Kohlenstoffverunreinigungen kompensiert. Durch Kontrolle der Konzentration der tiefen Störstellen ist somit die Herstellung von GaAs mit sehr hohem spezifischen Widerstand, sogenanntem semi-isolierenden GaAs, möglich.

  
Abbildung 3.9: Die wichtigsten Störstellenniveaus in GaAs

Für die Simulation von GaAs MESFETs ist die Miteinbeziehung der tiefen Störstellen in der Berechnung der Raumladung von großer Bedeutung, da zum Beispiel das Abschnürverhalten wesentlich von den Substrateigenschaften abhängt.



Martin Stiftinger
Fri Oct 14 19:00:51 MET 1994