Способ получения полупроводниковых структур

Способ получения полупроводниковых структур

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Соввтскнх

Соцналксткческих

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЙТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.04.76(21) 2351166/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.08.786юллетеиь tl4i 31 (11) 588851

Я (51) М. Кл.

Н 01 L 21/368

Гввуйврвтввнна и квм»тат

Свввтв Министров СССР в делам изабрвтвний и еткрктий (53) УДК 621.382 (088.8) (45) Дата опубликования описания.17.07.78 (72) Авторы изобретения

В. А. Геворкян, Л. В, Голубев, В. Н. Каряев и Ю. В. Шмарцев

Ордена Ленина физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе. (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

СТРУКТУР

Изобретение относится к технологии полупроводниковых материалов и может найти применение при создании сложных полупроводниковых структур и приборов.

Жидкофазная апитаксия как метод иэго- g товления совершенных слоев полупроводников с рекордными алектрофизическнми параметрами является одним из перспективных направлений развития технологии полупроводниковых материалов. iÎ

Метод жидкофазной апитаксии для попучения многослойных структур на основе бинарных соединений полупроводников и их твердых растворов с закономерно изменяющимся химическим составом поэво- тз ляет создать ряд новых приборов, например активный элемент для усиления и генерации электромагнитных колебаний в различных радиотехнических схемах, практически не имеющих частотных огра 20 ничений, генератор частоты и частотный фильтр в ИК области спектра и т, д.

Для управления химическим составом и толщиной слоя в процессе роста многос лойной стуктуры известны два метода 25 жидкофаэной апитаксии: метод иэотермического смешивания q метод электрожидкотной апитаксии.

Процесс получения полупроводниковых о стуктур по методу изотермического смешивания включает две операции: смешивание при заданной температуре насыщенных растворов расплавов различного состава (используется твердый раствор АС„йа „Аа с различным значением х) для обраэова1

1 .ния пересыщенного при данной температуре раствора-расплава и нанесение его на поверхность подложки для осаждены слоя твердого раствора (1) .

Однако в таком способе необходима смена раствора-расплава на подложке в процессе выращивания слоев, что, как показывает аксперимент, ограничивает управление амплитудой модуляции и нерио дом, а также воспроизводимость укаэанных характеристик по толщине структур.

Известен также способ получения по лупроводниковых стуктур на основе твер дых растворов бинарных соединений мето» дом жидкофаэной апитаксии в кристаллиз ационной системе, состоящей из подлож ки, раствора-расплава 4 источника примесей, путем пропускания постоянного элекгрического тока через кристаллизационную систему - метод электрожидкофазной эпи таксии (2ЦЗ). Этот метод позволяет эффективнее управлять составом. вырашиваемого слоя и обеспечивает получение структур с практически неограниченным числом слоев. К преимуществам исполь1 зования термоэлектрических эффектов при 10

1 .изготовлении многослойных структур, на- пример эффекта Пельтье, следует отнести его практическую безынерционность и гибкость управления процессом кристаллизации. 15

И методе электрожидкостной эпитаксии, через систему источник-раствор -расплавподложка пропускают имцульсы пост оян ного электрического тока, имеющего такое направление, что на границе разде 20

ha источник рас и3о1311асплав выделяет» ся тэйло Пельтьеу а цю. g >" винце расТВор расплав - подложка поглощается такое же количество тепла. Под .действием тепла Пельтье происходит растворение слоя 25 источника, толщина которого определяется количествам выделившегося тепла, т. е. величиной и длительностью импульса тока. B то же время на другой границе раздела температура понижается и раст- 30 воррасплав оказывается цересьпценным относительно компонент, насыщающих жщ кую фазу (компоненты твердого раствора

Д6, 6а,,„, Ьф ). На подложке начинаетси кристаллизация слоя твердого р створа, И причем концентрация алюминия в переход ном слое уменьшается, так как коэффициент сегрегации у алюминии много боль ше, чем у галлия. После прекращения подачи импульса тока состав, жидкой фазы 40 выравнивается и кристаллизация прекращается. Процесс повторяют до получения заданного числа слоев. Существенным недостатком этого способа является нади чие флуктуаций температуры в процессе роста. Вследствие того, что омическое . сопротивление кристаллизационной системы имеет конечную ведичину, при включении и выключении электрического тока проис1 ходит соответственно нагрев и охлаждение 5 системы за счет эффекта Джоуля. Колебанни температуры, приводят к нестабиль ! ости фронта кристаллизации и обуславвают неудовлетворительное качество раниц раздела между слоями стуктуры „ ,Кроме того, в результате неконтролируемЬ-

pro охлаждения системы, происходящего после выключения тока, умеет место неуправляемый рост слоя, что существенно снижает степень воспроизводимости глубины модуляции химического состава в слоях.

Цель изобретения - уменьшение дефек1 ности границ раздела между наращиваемыми слоями структуры и обеспечение управления глубиной модуляции состава по толщине, слои структуры.

Это достигается тем, что постоянный электрический ток пропускают импульсами противоположной полярности.с одинаковой амплитудой и длительностью прямо

ro импульса, обеспечивающей кристаллизацию на подложке, а длительностью обоатного импульса - растворение выросшего на подложке слоя, которую выбирак т из соотношений

tp t р 3/Y t где 6 „о - длительность прямого импульса, - длительность обратного импуль са;

- скорость роста слоя структуры, d - заДанная толщина выращиваемого слои структуры

I Г,- характерно- время диффузии.

П р и и е р. При рабочей температур» ре Т„раствор-расплав насыщают компонентами источника, имеющего состав

А „, И, С. Насыщенный растворрасйлав приводят в конч акт с подложкой и через систему подложка — раствор-распла источник пропускают импульсы постоян ного электрического тока различной полярности и одинаковой амплитуды. В резуль;. тате пропускания 1 =" - прямом напра ленин проифодит рост слоя твердого раствора, причем за вре,;я 3 Q концентрация компонентов вердого ра< твора имеющая больший коэффициент сегрега= ции, изменяется по толщине переходного слоя от максимального значения Х ©» ь х у подложки до значения Хо . Начиная с момента времени ЪЫ „состав вырашиваемого слоя равен составу источника

1А„ В „C. B момент времени +

Ж qp, мейяют полярность тока, протекающего в системе. Длительность импульсе обратного направления определяют из условий .обеспечения необходимой глубины модуляции состава твердого раствора цо толщине слоя. В течение времени 1 = ,, происходит растворение выросшего слоя на заданное толщину. Процесс поьторяют до получения требуемого числа слоев.

Сргласно описанному способу были получены многослойные структуры на основе твердого раствораАС„ с „„S>.

В качестве подложки использовали многоизготовление совершенных многослойных структур.

Способ получения полупроводниковых структур на основе твердых растворов бинарных соединений методом жидкофаэной. апитаксии в криствллизвционной системе, состоящей иэ подложки, раствора-расплава и источника примесей, путем пропускания постоянного электрического тока через кристаллизационную систему, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью умень щения дефектности границ раздела между наращиваемыми слоями структуры, ностоянный алектрический тох пропускают,имйульсами противоположной полярности с оди-, наковой амплитудой и длительностью пря мого импульса, обеспечивающего криствлли зацию нв подложке, а обратного - pac1 ворение выросшего на подложке слоя, кото рую выбирают иэ соотношения „р - овр =6 /Ч, Ф,„р 3 Гу„ где 4 ир. - длительность прямого импульса; длительность обратного импульса ц - скорость роста слоя структурыу

d .- заданная толщина выращиваемого слоя структуры, " - характернЬе время диффузии.

Источники информации, принятые во внимание при акспертиэе: .1,Л.М %oodaM Solution Ъ.очи. И

Qa„»„äå „м- 61рег ВаМое а гцс10 м, .).Qt ystat Dvowtl,ì %2,alR<, 972 с 32-382.AA Ku aga a atoE Заи Ьи1 Caht- оССед Groat% and 2ogent МайуСа1»oh1h 41$1Q4.РЯБ е ЕРйахч. э.ELcct o сйат1саС бОСлЕ1ъ . 1973, 120,, Ы 4, с. 583-584.

3. Авторское свидетельство СССР

М 494093, кл. Н 03 5 25/50, 1974.

5 588851 кристаллический Ga $Ь . В качестве ис точника - твердый раствор М„ ч „ $ф посаоянного состава хр=Нат.о,>

500 С. При атой температуре расплав щ

Ф галлия массой 0,15 r наносили на источник, причем толщину жидкой зоны устанавливали равной 500 мкм. В течение

3 ч галлий насыщали материалом источника. Затем подложку приводйли в контакт с насыщенным раствором-расплавом и через систему подложка - раствор- источник последовательно пропускали 30 импульсов постоянного электрического тока различной полярности. Длительность прямого импульса составляла 35 мин, а обратного - 5 ьун. Плотность тока составляла 3 А/см . Были получены многослойные структуры с периодом 2 мкм и глубиной модуляции coc asa no А й) по толщине слоя от 15 до 11 ат.% числом слоев 30.

Основными достоинствами метода являются возможность аффективного управления глубиной модуляции состава твер дого раствора по толщине вырашиваемого слоя и изотермичность процесса выращивания структуры, обеспечивающая воспроиэводимость результатов по выращиванию слоев. Иэотермичность процесса и подрас1 з ворение каждого слоя структуры в процесс се ее выращивания препятствуют развитию дефектов в найравлении роста и обеспечи» вают высокое качество как границ разде-, ла между слоями, твк и всей структуры 40 в целом.

Метод позволяет легко управлять про цессом кристаллизации и обеспечивает

Формул изобретения

Составитель В. Утехина

Редактор Т. Колодцева Техред А. Богдан Корректор н

Заказ 4426/2 Тираж 960 Подписное

0НИИПИ Государственногр комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушсквя наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4