Фосфид индия (InP) является важным III-V соединениемполупроводниковый субстратиспользуется в оптических коммуникациях, фотонических интегральных схемах, высокоскоростной электронике, инфракрасном детекторе, лазерах, фотодетекторах и передовых системах обнаружения.Коммерческие InP субстраты доступны в нескольких электрических конфигурациях, включая полуизоляционный материал и намеренно допированные пластины N-типа или P-типа.цинкодопированные и полуизоляционные субстраты InP.

Для инженеров и команд по закупкам выбор правильной пластины InP - это не просто вопрос диаметра и ориентации кристаллов.сопротивляемость, электрическая изоляция, конструкция контакта, эпитаксиальная совместимость и, в конечном счете, архитектура устройства.

В данном руководстве сравнивается Fe-допированный полуизоляционный InP, S-допированный N-типный InP, Sn-допированный N-типный InP и Zn-допированный P-типный InP,с особым вниманием к тому, как каждый материал должен быть выбран для полупроводниковых и фотонических приложений.

Почему ИНП подвергается допингу?

Чистые полупроводниковые кристаллы редко ведут себя как идеальные внутренние материалы в практическом производстве.В то время как преднамеренный допинг позволяет производителям контролировать проводимость предсказуемым образом.

В случае с субстратом InP допинг может быть использован для достижения трех принципиально различных целей.

Первый - создать полуизоляционный субстрат с высокой сопротивляемостью, где электрическая проводимость через оптовую пластинку должна быть сведена к минимуму.

Во-вторых, создать проводящую подложку N-типа, где электроны являются основными носителями.

Третий - создать проводящую подложку типа P, где большинство носителей - это отверстия.

Fe, S, Sn и Zn, следовательно, не просто представляют собой различные химические добавки. Они создают различные электрические функции внутри кристалла InP.

Сравнение допингов

Фактическая концентрация и сопротивляемость носителя всегда должны подтверждаться спецификацией поставщика, поскольку они различаются в зависимости от метода роста кристалла, концентрации допанта и целевого класса пластины.

1. Fe-допированные полуизоляционные ингредиенты

Fe-допированный InP принципиально отличается от обычных N-типовых и P-типовых пластин.

Железо вводится в основном для создания полуизолирующего InP, а не для производства обычно проводящего полупроводника.

В типичных кристаллах InP остаточные мелкие донорские примеси могут сделать материал электрически проводящим.Fe вводит глубокий уровень акцептора, который может компенсировать эти остаточные доноры, захватывая электроныПосле того, как компенсация достаточна, концентрация свободных носителей становится очень низкой, и сыпучий материал достигает высокого электрического сопротивления.Этот механизм глубокой компенсации является основой традиционных Fe-допированных полуизоляционных ингредиентов..

Следовательно, точнее описать Fe-допированный InP как компенсированный полуизоляционный материал, а не рассматривать его как обычную подложку N-типа или P-типа.

Зачем использовать полуизоляционный инп?

Основным преимуществом полуизоляции InP является электрическая изоляция.

Во многих высокочастотных и фотонических устройствах нежелательный ток, протекающий через субстрат, может увеличить паразитическую связь, утечку устройства и электрическую потерю.Высокорезистентный субстрат помогает изолировать активные области устройства друг от друга.

Это делает полуизоляционный InP, допированный Fe, привлекательным для применения, где субстрат в основном обеспечивает механическую поддержку.сочетание решетки и электрическую изоляцию, а не действовать как путь низкого сопротивления..

Типичные приложения могут включать высокочастотные устройства, фотонические интегральные схемы, детекторные структуры и другие устройства на основе InP, требующие сильной изоляции подложки.

Концентрация Fe не то же самое, что концентрация свободного носителя

Один из важных пунктов покупки заключается в том, что концентрация Fe не должна интерпретироваться так же, как концентрация носителя в S-, Sn- или Zn-допированном материале.

В проводящих пластинах концентрация носителя непосредственно помогает описать электрическое поведение субстрата.

В Fe-допированных полуизоляционных пластинах ключевыми параметрами чаще всего являются сопротивляемость, компенсационное поведение и электрическая однородность.

Связь между концентрацией Fe и сопротивляемостью также зависит от активации Fe и концентрации остаточных примесей.Работа над большим диаметром Fe-допированный InP показал, что контроль концентрации Fe и активации является важным для достижения единообразного электрического сопротивления по всей пластине.

Когда выбирать инфибриллит с фе-допингом?

В общем случае следует рассматривать материал, допированный Fe, если для устройства требуется субстрат с очень низкой объемной электрической проводимостью.

Это особенно актуально, когда конструкторы устройств хотят минимизировать утечку подложки или электрически изолировать соседние активные структуры.

Тем не менее, покупатели также должны учитывать термическую историю последующей эпитаксиальной и устройственной обработки, потому что поведение и перераспределение Fe могут иметь значение при требовании высокотемпературных структур.

По этой причине в спецификации приобретения полуизоляционных материалов InP должны быть определены не только допант, но и требуемое сопротивление и соответствующие пределы качества материала.

2. S-допированный N-тип InP

Слюфодопированный InP - это распространенная форма субстрата N-типа InP.

В отличие от Fe, сера используется для намеренного обеспечения свободных электронов.Эти электроны повышают электрическую проводимость и делают субстрат подходящим для конструкций, где желательна проводимость тока через пластину.

Коммерческие спецификации InP обычно помещают S-допированный материал в относительно высокие диапазоны концентрации носителя N-типа.одна коммерческая спецификация InP перечисляет S-допированный материал примерно в диапазоне 1018 см−3, хотя точное значение зависит от поставщика пластинок и качества продукта.

Зачем использовать S-допированный ИНП?

S-допированные субстраты полезны, когда важна низкая устойчивость субстрата и сильная проводимость N-типа.

Это может быть полезно в конструкциях устройств, где подложка является частью пути электрического тока или где требуется задний электрический контакт N-типа.

Таким образом, S-допированный InP обычно ассоциируется с оптоэлектронными и полупроводниковыми структурами, выращенными на проводящих N-типовых субстратах.

В примере фотодетекторной структуры на основе InP, опубликованной Sumitomo Electric, используется S-допированный InP-субстрат в качестве N-типовой основы устройства.

S-допированный InP и высокая концентрация носителя

Одна из причин, почему сер привлекательна, заключается в ее способности производить относительно высокую концентрацию электронов.

Более высокая концентрация носителя, как правило, уменьшает сопротивляемость, что может быть полезно для обратных контактов и устройств для впрыска тока.

Однако более высокий допинг не означает автоматически лучшего.

Чрезмерная концентрация носителя может влиять на электрические свойства, оптическую абсорбцию, эпитаксиальную конструкцию и контактное поведение.Следовательно, правильное значение должно быть выбрано в соответствии со структурой устройства, а не просто указать наибольшую доступную концентрацию..

3. Sn-допированный N-тип InP

ИнП с оловами является еще одним коммерчески важным субстратом N-типа.

Подобно допингу серы, допинг Sn обеспечивает электронопроводность, но коммерческие допированные с Sn пластины часто поставляются через различные окна концентрации носителей.

Представительная коммерческая спецификация перечисляет Sn-допированный InP с концентрациями носителя в диапазоне от верхней области 1017 см−3 до диапазона 1018 см−3,в то время как S-допированный материал от того же поставщика простирается дальше в высокий диапазон 1018 см−3Эти значения определяются конкретным поставщиком, но показывают, что S и Sn допинг не обязательно являются взаимозаменяемыми спецификациями.

Почему выбрать Sn вместо S?

Выбор между Sn и S обычно должен основываться на требуемой концентрации носителя, сопротивляемости, эпитаксиальном процессе и архитектуре устройства.

Sn-допированный материал может быть привлекательным, когда инженерам требуется проводящий N-тип InP-субстрат, но они хотят диапазон концентрации носителя, отличный от того, который обычно предлагается с сильно S-допированным материалом.

Тин является донорской примесью в InP, что позволяет ему поддерживать проводимость N-типа.

С точки зрения закупок, поэтому лучше указать требуемую концентрацию или сопротивляемость носителя, а не просто спросить, предпочтительнее ли S или Sn.

Затем окончательный выбор допанта может соответствовать электрическим требованиям устройства.

4. S-допированные против Sn-допированных

Поскольку и сер, и олово производят N-тип InP, покупатели иногда рассматривают их как эквивалентные.

Они не должны автоматически считаться взаимозаменяемыми.

Для многих проектов первым вопросом должно быть:

Какую концентрацию электронов и сопротивление требует устройство?

Если требуется относительно высокая концентрация носителя N-типа, S-допированный InP может быть подходящим вариантом.

Если в конструкции требуется другое или более умеренное окно допинга N-типа, можно рассмотреть возможность использования Sn-допированного InP.

Поставщик субстрата также должен подтвердить совместимость с предполагаемым эпитаксиальным процессом.

Для высококачественных устройств, таких как лазеры, фотодетекторы и фотонические интегральные схемы,выбор субстрата в идеале должен быть скоординирован с поставщиком эпитаксии, а не определяться только отделом закупки пластин.

5. Zn-допированный P-тип InP

Цинк является стандартным допантом, используемым для производства InP P-типа.

Вместо того, чтобы увеличивать концентрацию электронов проводящей полосы, Zn создает поведение акцептора и увеличивает концентрацию отверстия.

Коммерческие спецификации обычно предлагают Zn-допированный InP примерно в диапазоне концентрации носителя от 1017 до 1018 см−3,Хотя фактические доступные диапазоны сильно зависят от производителя и качества пластины..

Зачем использовать подложки типа P-InP?

Субстрат P-типа требуется в конструкциях устройств, где основной пластинка должна быть частью полупроводниковой структуры P-типа.

Это может иметь значение в специализированных фотонических, оптоэлектронных и электронных устройствах, где полярность соединения или конфигурация обратного контакта требует материала типа P.

Zn широко признается как примесь P-типа в полупроводниковых системах на основе InP.

Следует рассмотреть возможность термической обработки

Тепловое поведение Zn также важно.

Zn может перераспределяться в условиях термической обработки, а диффузионное поведение может иметь значение в полупроводниковых структурах, подверженных повышенной температуре.

Для готового субстрата это не создает автоматических проблем. Однако, если вафля будет проходить сложные эпитаксиальные шаги роста, диффузии или отжигания,При определении приемлемой концентрации Zn следует учитывать весь термический процесс..

6. Fe-Doped vs. N-Type vs. P-Type InP: Основное различие

Самое важное различие можно обобщить очень просто.

Половину изолирующий InP с допированием Fe выбирается, когда вы хотите подавить электрическую проводимость через субстрат.

S- или Sn-допированный N-тип InP выбирается, когда вы хотите, чтобы субстрат проводил электроны.

В случае, когда субстрат должен обеспечивать проводку отверстий, выбирается Zn-допированный P-тип InP.

Это различие должно быть определено электрической архитектурой устройства до окончательного определения других параметров пластины.

Выбор неправильного типа проводимости может привести к тому, что в противном случае высококачественный пластинка полностью не подходит для конкретного процесса устройства.

7Концентрация носителя против сопротивления

Концентрация носителя и резистивность тесно связаны, но не должны рассматриваться как идентичные спецификации.

Для проводящих пластин N-типа и P-типа концентрация носителя часто является одним из важнейших параметров закупки электрического оборудования.

Например, покупатель может указать:

Н-тип S-допированный InP с целевым диапазоном концентрации электронов.

Или:

InP, допированный Zn типа P, с определенным диапазоном концентрации отверстия.

Однако для полуизоляции InP более актуальной спецификацией обычно является массовое сопротивление, потому что цель состоит в том, чтобы подавить проводимость свободного носителя.

Поэтому в четком RFQ следует использовать электрический параметр, который лучше всего соответствует типу материала, а не применять один и тот же формат спецификации к каждому пластину InP.

8Отбор допантов и эпитаксиальный рост

Большинство субстратов InP не используются в качестве обнаженных пластин в конечном устройстве.

Вместо этого они служат субстратами роста для эпитаксиальных структур, таких как InGaAs, InGaAsP, InAlAs или других решетчатых материалов III-V.

Допинг субстрата может повлиять на то, как полностью разработано эпитаксиальное устройство.

Например, проводящие подложки N-типа могут упростить обратный электрический контакт в некоторых структурах устройств,в то время как полуизоляционные подложки могут обеспечивать электрическую изоляцию для боковых интегрированных устройств.

Субстраты P-типа могут быть выбраны, когда требуемая полярность устройства или эпитаксиальная последовательность слоев делает их выгодными.

По этой причине допинг субстрата должен определяться вместе с дизайном эпитаксиального слоя.

9. Не выбирайте вафель InP только с помощью допанта

Даже после выбора правильного типа допинга необходимо определить несколько дополнительных параметров пластины.

Обычно в заявке на производство должны быть указаны диаметр, толщина, кристаллическая ориентация, тип проводимости, допант, концентрация или сопротивление носителя, состояние поверхности, конфигурация полировки, TTV,лоскутность, варп, дефектные требования и количество.

Коммерческие подложки InP доступны в разных диаметрах, а нынешние поставщики предлагают продукцию от небольших исследовательских пластин до более крупных форматах производства.в настоящее время перечисляет диаметры субстрата InP от 2 дюймов до 6 дюймов и предлагает серу, олова, цинка и полуизоляционных опций допинга.

Разработка больших диаметров особенно важна, потому что геометрия пластины, однородность сопротивляемости и контроль кристаллических дефектов становятся все более трудными по мере увеличения диаметра подложки.

10Поверхностная отделка: SSP против DSP

Электрический допинг - это только одна часть спецификации субстрата.

InP пластинки также могут быть поставлены с различными условиями поверхности.

SSP, или односторонние полированные пластины, имеют одну первичную полированную поверхность.

DSP, или двусторонние полированные пластины, имеют обе поверхности полированными.

Полированные пластины, готовые к эпитаксии, требуют тщательной подготовки поверхности, поскольку качество поверхности субстрата напрямую влияет на последующий эпитаксиальный рост.

Коммерческие поставщики InP используют оптические и поверхностные методы метрологии для контроля качества полированных пластинок перед упаковкой.

Правильная конфигурация полировки зависит от процесса, требований к проверке и необходимости обратной оптической или литографической обработки.

11. Как выбрать правильный допиант

Для большинства проектов отбор допантов может быть подобран с помощью электрической функции подложки.

Если субстрат должен обеспечивать сильную электрическую изоляцию, то логической отправной точкой обычно является полуизоляционная InP с дозировкой Fe.

Если субстрат должен обеспечивать проводимость N-типа, сравнить S-допированный и Sn-допированный материал в соответствии с концентрацией носителя, сопротивляемостью и эпитаксиальными требованиями.

Если структура требует субстрата типа P, обычным выбором является Zn-допированный InP.

Затем решение должно быть уточнено в соответствии с диаметром пластины, кристаллической ориентацией, поверхностной отделкой, механическими допущениями и требованиями эпитаксиальной структуры.

12Пример InP Wafer RFQ Информация

Технически завершенное исследование InP может выглядеть так:

Материал: фосфид индия
Диаметр: 2", 3", 4" или требуемый диаметр
Ориентация: (100) или определенная
Проводимость: полуизоляционная / N-тип / P-тип
Допирующее вещество: Fe / S / Sn / Zn
Концентрация носителя: требуемый диапазон для проводящих пластин
Сопротивляемость: требуемое значение для полуизоляционных пластин
Толщина: требуемое номинальное значение и допустимая допустимость
Поверхность: SSP / DSP / Epi-ready
TTV / Bow / Warp: требуемые пределы
Количество: количество пластин
Применение: лазер / детектор / PIC / RF / исследование / другое устройство

Предоставление заявки особенно полезно, поскольку позволяет поставщику выявить потенциальные конфликты между уровнем допанта, геометрией пластины и низовой обработкой.

13. Частые ошибки при выборе

Одной из распространенных ошибок является запрос простого "InP-волатка" без определения типа проводимости.

Другой - это указание только N-типа без указания допустимости допинга серы или олова.

Для полуизоляционных пластин запрос только "Fe-допированный" без определения требуемого электрического сопротивления также может привести к двусмысленности.

Аналогичным образом, указание Zn-допированного материала без определения желаемой концентрации отверстия может оставить слишком большие изменения в электрических характеристиках.

Следовательно, наиболее безопасным подходом к закупкам является определение требований к устройству, а затем химического состава допирующего вещества.

Заключение

Fe, сера, олово и цинк придают InP субстратам принципиально различные электрические характеристики.

Fe-допированный InP использует глубокую компенсацию для создания полуизолирующего субстрата с высокой резистивностью и подходит для устройств, где важна электрическая изоляция.

S-допированный InP обеспечивает проводимость N-типа и обычно выбирается, когда требуется относительно высокая концентрация электронов и проводящий субстрат.

Sn-допированный InP также обеспечивает проводимость N-типа и предлагает еще одно окно концентрации носителя для конструкций устройств, требующих контролируемой электронопроводности.

Zn-допированный InP создает проводимость P-типа и используется, когда архитектура устройства требует отверстия-проводящей подложки.

Таким образом, не существует универсального "лучшего" допанта InP.

Правильный субстрат определяется требуемой электрической функцией, концентрацией или сопротивлением носителя, эпитаксиальной структурой, тепловым процессом и архитектурой устройства.

Для закупок наиболее надежным подходом является указание типа проводимости, допанта, концентрации или сопротивления носителя, кристаллической ориентации, диаметра, толщины и состояния полировки вместе.Это гарантирует, что выбранный InP субстрат совместим с эпитаксиальным процессом и окончательным полупроводниковым устройством.