Способ изготовления полупроводниковых диодов на основе соединений а в

Способ изготовления полупроводниковых диодов на основе соединений а в

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С -А - - Н И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 251096

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15. 01. 68 (21) 1210943/26-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05,01.77.Бюллетень № (45) Дата опубликования описания 06.05.77 (51) M. Кл."Н 01 Н 21/203

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.382.2 (088.8 ) Ж. И. Алферов, В. М. Андреев, B. И. Корольков, Ю. P. Носов, LL Н. Третьяков и Е. Л. Портной (72) Авторы изобретения

Физико-технический институт имени Л. Ф. Иоффе (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИИ А1 Вч

Изобретение относится к области технологии полупроводниковых приборов.

Особый интерес в настоящее время представляют твердые растворы с шириной за» прещенной зоны, большей, чем у CaAs сохраняющие прямую стуктуру зон в значительном интервале составов. Одним из таких материалов являются твердые растворы

ACxGa< xAsco значением параметра ХС 0,35.

Известно несколько способов получения твердых растворов AL„Gag x As для изготовления на их основе полупроводниковых диодов кристаллизацией из стехиометрических расплавов, из паровой фазы и раствора, Однако при получении диодов на высокие 15 обратные напряжения и малые сопротивления в пропускном направлении известными способами образуются большая концентрация примесей в твердых растворах (больше

10 — з ) и большое сопротивление конЕ 4 см тактов (больше 50 Ом).

Бель изобретения - получение твердых растворов И„Ga„xAs высокой чистоты для достижения высокого обратного напряжения диодов; получение структуры, обеспечиваю- 25 щей возможность приготовления низкоомных контактов диодов; получение малого дифференциального сопротивления диодов при повышенной плотности тока.

Предложенный способ осушествляют следу дующим образом.

Эпитаксиальное выращивание твердых растворов производят путем охлаждения насыщенных растворов мышьяка в галлии, содержащем небольшие добавки алюминия. Благодаря уменьшению коэффициента сегрегации неконтролируемых примесей при вхождении их в твердый раствор, введение алюминия высокой чистоты позволяет получить концентрацию примесей в выращенных твердых растворах порядка 10

Я 1

Твердые растворы А „ Ж < As с такой низкой концентрацией примесей можно получить только п-типа. Использование в качестве подложки СаЯа р-типа позволяет создать р- -nepexop и высокочистый слой в области объемного заряда диода в течение одного технологического цикла.

Критическая напряженность поля в твердых растворах с шириной запрещенной зоны, 251096 равной 1, 7- 1,8 эв (300оК), при прочих равных условиях в несколько раз выше, чем в GaAs . Поэтому диоды на основе твер« дых РаствоРов A >Ga„x As со значением параметра х-0,2-0,3 должны иметь обратные напряжения на порядок выше, чем диоды на основе QQAs . Диоды на основе твердого раствора Ио а 0 смо,8 AS им ли пРобивное напряжение больше 900 в. Наблюдаемый при 900 в электрический пробой диодов цро-10 исходит на месте выхода р-п-перехода на поверхность, и эта величина не характеризует электрической прочности самого перехода. Поэтому обратные напряжения могут быть существенно повышены после разработки методов защиты и стабилизации поверхности для приборов на основе этих материалов.

Использование в качестве подложки Ga AS имеющего параметр решетки, близкий к зна- 20 чению параметра решетки твердых растворов AC„Ga„„Ag позволяет свести к минимуму количество дефектов в области объемного заряда диода, и следовательно, также повышает обратное напряжение диодов. 25

Большое значение ширины запрещенной зоны и малая концентрация примесей необходимы только в области объемного заряда диода.

Так как состав твердой фазы, определяе 30 мый соотношением галлия и алюминия в жидкой фазе, значительно смещен к ALAS no сравнению с составом расплава, то по мере роста эпитаксиального слоя жидкая фаза объединяется алюминием, что приводит к из«з5 менению состава кристаллизуюшегося твердого раствора в сторону обогащения арсенидом галлия вплоть до кристаллизации чистого арсенида галлия. Таким образом, поставленная цель получения малого после-. цовательного сопротивления диодов и малого сопротивления контактов может быть решена, если осуществить уменьшение содержания алюминия до пренебрежимо малых значений по толщине диода. Управлять тол45 шиной эпитаксиального слоя и составом по толщине можно изменением параметров (температурным интервалом охлаждения лтохА ) GK0pocT hlo охлаждения (4хл ) соотношением алюминия и галлия в распла«

50 ве (SAC ) и общим количеством расплава.

Для получения наиболее чистого и совершенного слоя в области объемного заряда диода были найдены оптимальные зна55 чения ÎõÀ 1 гихл 5 AE (приве далее в примере). Оптимальная толщина эпитаксиального слоя для изготовления диодов на высокие обратные напряжения и

60 малые последовательные сопротивления порядка 150 мк. Для обеспечения изменения на этой толщине содержания алюминия в твердом растворе Afx 60, „Ав от значения параметра 0,1 <Х < 0,35 до значения х< 0,05 кристаллизации осуществляют из колиЧества расплава настолько малого, чтобы при найденных оптимальных йТохл охл q и 59, количество алюминия в жидкой фазе после кристаллизации слоя толщиной 50100 мк уменьшилось практически до нуля.

Наличие на поверхности эпитаксиального слоя почти чистого арсенида галлия позволяет приготовить контакты с сопротивлением по крайней мере на два порядка меньшим, чем сопротивление контактов к широкозонным твердым растворам AR„Ga „AS.

Благодаря тому, что инжекционная способность гетеропереходов значительно выше по сравнению с гомопереходом, уменьшается дифференциальное сопротивление диода на основе р-и-гетероперехода при больших плзт— ностях тока. При эпитаксиальном наращивании твердых растворов за счет поддиффузии примесей возможно смешение р-и-перехода от эпитаксиальной границы на расстояние, большее длины диффузионного смешения носителей. В этом случае структуры с гетеропереходом не дают преимушеств по сравнению с гомопереходом. При уменьшении поддиффузии примесей было взято минимально возможное время контакта насыщенного мышьяком расплава с подложкой так, чтобы диффузия р-примеси из подложки в расплав не привела к смещению р-п-перехода в подложку. Скорость кристаллизации была выбра на настолько большой, что за время кристаллизации эпитаксиального слоя диффузия р-примеси из подложки в слой если бы и сместила положения р-п-перехода, то на величину, не большую длины диффузионно . о смешения носителей тока. (Величины используемых времени выдержки и скорости охлаждения приведены в примере).

Процесс ведется в кварцевом реакторе в токе водорода. В графитовой лодочке помешают раздельно монокристаллическую пластину из ga As и навеску галлия с добавкой алюминия; включают нагрев, расплав приводят в контакт с пластиной, затем осуществляют охлаждение расплава, в течение которого происходит кристаллизация твердых растворов ", a „»„As. Основная масса галлия удаляется на воздухе механически, а оставшаяся часть травлением в соляной кислоте. Омические контакты приготавливаются одним из известных для арсенида галлия методом.

Пример. Исходные компоненты: пластина ga д < (р- гила, легирована цинком, кояцеНтрация дырок р= 2 ° 10 0 — „, пло

25 1096

Составитель М. Лепешкина

Редактор В. Данилова ТехредА. Демьянова Корректор С. Болдижар

Заказ 818/78 Тираж 1002 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113О35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 шадь пластины 0.4 см j, галлий (содержание примесей < 0,0001/o, вес 0,4 г), алюминий (содержание примесей < 0 0001/о, вес 0,7 мг).

Максимальная температура нагрева

970+ 5 С.

Интервалы времени 15 мин и 10 мин.

Скорость охлаждения 200 град/час до

870 С и 2000 град/час до комнатной температуры. 10

Толщина получаемых таким образом слоев 120 мк.

Диоды, изготовленные на основе этой структуры, имели следующие характеристики:

Пробивное напряжение900 в;

Концентрация примесей в области обьемного заряда диода по данным измерений заI J висимости емкость-напряжение 2 10 „,з

Приведенное сопротивление диодов в про-Ъ а пускном направлении 10 ом см;

Обратный ток порядка 10 мка при обра1 ном напряжении 100 в и окружающей темпео ратуре 360 С;

Емкость диодов при нулевом смешении

5-10 рР /мм;

Время восстановления 5 ° 10 сек.

Таким образом, разработанный способ позволил впервые получить высоковольтные диоды на основе соединений Аш В, способные работать при повышенных температурах и частотах.

Формула изобретения

1. Способ изготовления полупроводниковых диодов на основе соединений Аш В1, методом эпитаксиального выращивания слоя полупроводника из раствора расплава, о тл и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью получения структуры с большим обратным напряжением и малым сопротивлением в пропускном направлении, создают гетеропереход, 11Д „5+1 „Аб" рМ "9 и кристаллизацию нелегированного твердого раствора пЯ» с11„As ведут путем охлаждения со скоростью 180+ 50 С /час от 970 до

870оС с последующим быстрым охлажде нием до комнатной температуры.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью получения низкоомных контактов диода в процессе кристаллизации твердого раствора А » a<» R g уменьшают концентрацию алюминия так, чтобы содержание его в области обьемного заряда диода не превышало бы 17 ат %, а на поверхности слоя — 3 ат %.