СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ p-i-n СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЙ GaAs-AlGaAs МЕТОДОМ ЖИДКОФАЗНОЙ ЭПИТАКСИИ Российский патент 2021 года по МПК H01L21/208 

Изобретение относится к силовой микроэлектронной технике, а более конкретно, к способам изготовления высоковольтных p-i-n структур из соединений А3В5 методом жидкофазной эпитаксии.

Интерес к высоковольтным структурам на основе GaAs и AlGaAs обусловлен поиском альтернативных кремнию материалов импульсной силовой электроники, способных работать при более высоких частотах повторения импульсов и при более высоких температурах. В сравнении с кремнием, GaAs и AlGaAs обладают большей шириной запрещенной зоны и значительно большей подвижностью электронов (и в сравнении с SiC и GaN), относительно высокой электрической прочностью и относительно малыми временами жизни носителей заряда, а также большей радиационной стойкостью. В системе GaAs-AlAs возможно получение твердых растворов, позволяющих варьировать в широком диапазоне оптические и электрические свойства приборных слоев GaAs-AlGaAs гетероэпитаксиальных структур и изменять электрические характеристики приборов на их основе.

Известен способ изготовления полупроводниковой p-i-n структуры на основе соединений GaAs-AlGaAs методом жидкостной эпитаксии (см. патент RU 2488911, МПК H01L 21/208, опубликован 27.07.2013), включающий нагрев исходной шихты до образования насыщенного раствора-расплава ее компонентов, взаимодействие раствора-расплава с компонентами для получения заданного состава раствора-расплава, осуществление контакта подложки с полученным раствором-расплавом, последующее принудительное охлаждение для выращивания эпитаксиального слоя GaAs, имеющего p-i-n структуру, и удаление подложки, покрытой слоем GaAs, имеющего p-i-n структуру, из-под расплава. Компонентные составы растворов-расплавов для выращивания GaAs p-i-n структуры формируют в обезвоженной атмосфере путем предварительного введения в исходную шихту в определенных количествах, как минимум, двух дополнительных твердых компонентов, представляющих собой диоксид кремния SiO₂ и оксид галлия Ga₂O₃ с последующим нагревом этой многокомпонентной шихты до температуры начала эпитаксии и выдержкой при этой температуре заранее установленное время.

Недостатками известного способа являются относительно низкие предельные рабочие температуры изготовленных по способу GaAs p-i-n структур (не более 250°С) и резкое обратное восстановление изготовленных из них диодов («жесткий» характер переключения диодов из проводящего в запертое состояние), вызывающее резкие всплески перенапряжения на выключающемся диоде и высокочастотные колебания в цепи коммутации, приводящие к генерации электромагнитных помех.

Известен способ получения структуры GaAs на подложке GaAs жидкофазной эпитаксией (см. заявка JP 2011249650, МПК С30В 19/10; С30В 29/42; G02F 1/015; H01L 21/208, опубликована 08.12.2011), в соответствии с которым навески Ga и GaAs нагревают для получения насыщенного Ga-As раствора-расплава и отжигают при высокой температуре, и эпитаксиальное выращивание проводят раздельно в разных технологических процессах. Длительный предварительный отжиг раствора-расплава Ga-As при температуре эпитаксии в течение 24-25 часов проводят для десорбции кислорода, паров воды и других газов, содержащихся в порах чистой графитовой кассеты, и очистки раствора-расплава от окисла Ga₂O₃ в потоке газа, содержащего водород. После проведения стадии очистки расплава и охлаждения системы до комнатной температуры, ростовую систему разгерметизируют. GaAs подложку размещают в графитовой кассете сдвигового типа и загружают в ростовой кварцевый реактор, после чего проводят процесс эпитаксиального выращивания GaAs. Затем проводят следующий процесс эпитаксии при тех же условиях из того же раствора-расплава Ga-As на другой подложке GaAs, при этом в раствор-расплав добавляют небольшую навеску GaAs, согласно диаграмме состояния системы GaAs, для восполнения высаженного GaAs в предыдущем эпитаксиальном процессе. Аналогичным образом выращивают последующие слои GaAs высокой чистоты, причем, с каждым новым процессом эпитаксии содержание остаточных примесей (кремния и углерода) в слоях уменьшается, а подвижность носителей заряда увеличивается.

Известный способ позволяет изготавливать слои GaAs n-типа высокой чистоты с концентрацией свободных электронов до 5,84·10¹² см^-3 и их подвижностью до 3,12·10⁵ см²/(В·c). Недостатками известного способа являются большая длительность проведения технологических процессов и повышенные требования, предъявляемые к используемой оснастке и оборудованию.

Известен способ получения p-i-n структуры GaAs, имеющей р, i и n области в одном эпитаксиальном слое (см. патент RU 2610388, МПК H01L 21/208, опубликован 09.02.2017), включающий нагрев исходной шихты, формирование компонентных составов растворов-расплавов для выращивания GaAs p-i-n структуры в обезвоженной атмосфере путем предварительного введения в исходную шихту в определенных количествах как минимум двух дополнительных твердых компонентов, представляющих собой диоксид кремния SiO₂ и оксид галлия Ga₂O₃. Далее осуществляют контакт подложки с полученным раствором-расплавом, принудительно охлаждают и выращивают эпитаксиальный слой GaAs, имеющий p-i-n структуру и удаляют подложку, покрытой слоем GaAs, имеющим p-i-n структуру, из-под расплава. В ходе процесса эпитаксии при выращивании высокоомной i-области, ограниченной с двух сторон слаболегированными р⁰- и n⁰- областями, применяют режим принудительного охлаждения, включающий в себя как минимум два этапа с различной скоростью охлаждения: первый - с более высокой скоростью охлаждения в диапазоне V_охл=(1,0-2,0)°С/мин и второй - с медленной скоростью охлаждения V_охл=(0,l-0,5)°С/мин, а изменение скорости охлаждения производят при температуре инверсии типа проводимости.

Недостатками известного способа являются относительно низкие предельные рабочие температуры и жесткий характер переключения диодов из проводящего в запертое состояние, вызывающий резкие всплески перенапряжения на выключающемся диоде и высокочастотные электромагнитные помехи.

Известен способ получения многослойной эпитаксиальной p-i-n структуры на основе соединений GaAs-AlGaAs методом жидкофазной эпитаксии (см. патент RU 2668661, МПК H01L 21/208, опубликован 02.10.2018), включающий нагрев исходной шихты до определенной температуры для образования насыщенного раствора-расплава. Компонентный состав исходной шихты формируют путем предварительного введения в исходную шихту в определенных количествах, как минимум, двух дополнительных твердых компонентов, представляющих собой двуокись кремния SiO₂ и окисел галлия состава Ga₂O₃. Выдерживают раствор-расплав на этой температуре определенное время для взаимодействия раствора-расплава с компонентами и для формирования необходимого состава раствора-расплава. Приводят подложку в контакт с полученным раствором-расплавом. Далее принудительно охлаждают для выращивания эпитаксиального слоя, имеющего p-i-n структуру, при этом до температурной области инверсии примеси кремния в арсениде галлия (885-895)°С эпитаксиальный процесс проводят в атмосфере высокочистого инертного газа, а далее до температуры окончания эпитаксии - в атмосфере высокочистого водорода. После выращивания эпитаксиального слоя удаляют подложку, покрытую эпитаксиальным слоем, имеющим p-i-n структуру, из-под расплава.

Недостатками известного способа являются относительно низкие предельные рабочие температуры (не более 250°С) и жесткий характер переключения изготовленных из этой структуры диодов.

Известен способ получения полупроводниковой p-i-n структуры на основе соединений GaAs-AlGaAs методом жидкофазной эпитаксии (см. патент RU 2647209, МПК H01L 21/208, опубликован 14.03.2018), совпадающий с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Способ-прототип включает предварительный отжиг раствора-расплава исходной шихты и выращивание в едином технологическом цикле многослойной полупроводниковой структуры GaAs-AlGaAs, сформированной из композиции трех последовательных эпитаксиальных слоев GaAs или AlGaAs на подложке GaAs р⁺-типа проводимости, состоящей из буферного слоя р-типа проводимости, рабочего слаболегированного р⁰-i-n⁰-слоя и контактного n⁺-слоя. Буферный р-слой выращивают в виде трехкомпонентной системы Al_xGa_1-xAs, где х=0,36-0,40, с концентрацией носителей в интервале (1·10¹⁷-5·10¹⁷) см^-3, контактный n⁺-слой легируют до концентрации носителей в интервале (2·10¹⁸-5·10¹⁸) см^-3 при толщине в интервале (120-150) мкм.

Недостатками известного способа являются относительно низкие предельные рабочие температуры (не более 250°С) и жесткий характер переключения диодов из проводящего в запертое состояние, вызывающий резкие всплески перенапряжения на выключающемся диоде и высокочастотные колебания в цепи коммутации, приводящие к генерации радиочастотных/ электромагнитных помех.

Задачей настоящего технического решения является разработка способа получения полупроводниковой p-i-n структуры на основе соединений GaAs-AlGaAs методом жидкофазной эпитаксии, который бы позволил повысить предельную рабочую температуру и получить мягкий характер переключения изготовленных из такой структуры диодов из проводящего в запертое состояние, что обеспечивает снижение амплитуды резких всплесков перенапряжения на выключающемся диоде и препятствует появлению высокочастотных электромагнитных помех.

Поставленная задача решается тем, что способ изготовления полупроводниковой p-i-n структуры на основе соединений AlGaAs методом жидкофазной эпитаксии включает предварительный отжиг раствора-расплава исходной шихты и выращивание в едином технологическом цикле многослойной полупроводниковой структуры GaAs-AlGaAs, сформированной из композиции последовательных эпитаксиальных слоев AlGaAs на подложке GaAs, состоящей из рабочего слаболегированного p⁰-i-n⁰ слоя и контактного n⁺-слоя. Новым в способе является то, что предварительно вводят в исходную шихту алюминий в количестве (0,2-0,7) ат.%, а рабочий слаболегированный p⁰-i-n⁰ слой формируют путем принудительного охлаждения ростовой системы от температуры (820-880)°С до температуры (700-750)°С со скоростью 0,2-2,0°С/мин.

Предварительный отжиг раствора-расплава исходной шихты можно вести при температуре начала кристаллизации рабочего слаболегированного слоя (820-880)°С в потоке водорода.

Предварительный отжиг раствора-расплава исходной шихты можно вести (0,5-3,0) часа.

Полупроводниковую p-i-n структуру можно выращивать на подложке GaAs р-типа проводимости, легированной Zn до концентрации (0,5-5,0)·10¹⁸ см^-3.

Добавление в исходную шихту алюминия в количестве (0,2-0,7) ат.% и принудительное охлаждение ростовой системы от температуры (820-880)°С до температуры (700-750)°С со скоростью 0,2-2,0°С/мин обеспечивает увеличение ширины запрещенной зоны (Eg) и градиент ширины запрещенной зоны (Eg) по толщине рабочего слаболегированного p⁰-i-n⁰ слоя, что позволяет увеличить предельные рабочие температуры и обеспечить мягкий характер переключения изготовленных из такой структуры диодов из проводящего в запертое состояние, которое обеспечивает снижение амплитуды резких всплесков перенапряжения на выключающемся диоде и препятствует появлению высокочастотных электромагнитных помех.

Введение Al в исходную шихту в количестве не менее 0,2 ат.% при отжиге раствора-расплава приводит к существенному снижению концентрации доноров в растворе-расплаве, связанных с кислородом и, соответственно, к изменению соотношения концентрации доноров и акцепторов и их распределению по толщине слоя. Результатом плавного уменьшения содержания AlAs по толщине слоя от р⁺-подложки к n⁺-эмиттеру и, соответственно, появления градиента ширины запрещенной зоны, является то, что в слое возникает встроенное квазиэлектрическое поле, которое является тормозящим для неосновных носителей заряда (дырок) на этапе уменьшения амплитуды обратного тока (этапа восстановления высокого обратного сопротивления) диода при его выключении. Это приводит к более плавному (мягкому) процессу обратного восстановления изготовленного из структуры диода, то есть, к замедлению этапа восстановления высокого обратного сопротивления (на котором вблизи р-n перехода образуется слой объемного заряда, который, расширяясь, блокирует приложенное к диоду напряжение), и, в свою очередь, к уменьшению амплитуды (или полному исчезновению) всплесков перенапряжения на диоде из-за наличия индуктивности в цепи коммутации. Создаваемый градиент ширины запрещенной зоны обеспечивает также снижение коммутационных потерь (потерь мощности) при переключении диода за счет уменьшения амплитуды обратного тока и снижения амплитуды резких всплесков напряжения на выключающемся диоде.

При введении Al в исходную шихту в количестве менее 0,2 ат.% при выбранном диапазоне температур не достигается необходимое снижение концентрации доноров в растворе-расплаве и, соответственно, изменение соотношения концентрации доноров и акцепторов и их распределение по толщине слоя.

При введении Al в исходную шихту в количестве более 0,7 ат.% при выбранном диапазоне температур проведения эпитаксии растет AlGaAs слой без необходимого градиента ширины запрещенной зоны по толщине.

При принудительном охлаждении ростовой системы со скоростью менее 0,2°С/мин значительно увеличивается продолжительность эпитаксиального процесса.

При принудительном охлаждении ростовой системы со скоростью более 2,0°С/мин, при значительном увеличении скорости кристаллизации эпитаксиального слоя, в растущем слое усиливается генерация собственных кристаллических дефектов, в некоторых случаях внутри выращенных слоев могут образовываться включения жидкой фазы (галлия), что приводит к образованию повышенного содержания глубоко уровневых дефектов и, соответственно, к повышению значений прямого напряжения диода и токов утечки при обратном смещении.

Принудительное охлаждение ростовой системы от температуры менее 820°С и более 880°С при выбранном диапазоне концентраций Al в расплаве (0,2-0,7 ат.%) приводит к росту AlGaAs слоя без необходимого градиента ширины запрещенной зоны по всей толщине слоя.

Принудительное охлаждение ростовой системы до температуры менее 700°С приводит к росту лишней части высоковольтного рабочего слаболегированного слоя с повышенной концентрацией доноров из-за значительного увеличения коэффициентов распределения при низких температурах кристаллизации (менее 700°С) таких донорных примесей, содержащихся в растворе-расплаве, как кислород, сера, селен, теллур.

При принудительном охлаждении ростовой системы до температуры более 750°С вырастает слой недостаточной толщины, недостаточный для создания высоковольтного (блокирующего сотни вольт) Al_xGa_1-xAs p⁰-i-n⁰ перехода.

Настоящий способ изготовления полупроводниковой p-i-n структуры на основе соединений AlGaAs методом жидкофазной эпитаксии осуществляют следующим образом.

Выращивание гетероструктуры настоящим способом может быть осуществлено методом жидкофазной эпитаксии в едином технологическом процессе в графитовой кассете, например, поршневой кассете прокачного типа, например, с горизонтальным расположением подложек, по меньшей мере, из двух растворов-расплавов в атмосфере водорода. Изменение состава жидкой фазы и, соответственно, состава кристаллизуемых слоев, осуществляют вытеснением одного расплава другим с помощью поршня без обнажения поверхности структуры. Слаболегированный Al_xGa_1-xAs р⁰-i-n⁰-переход можно получить из одного раствора-расплава за счет автолегирования фоновыми примесями, концентрация которых и тип проводимости регулируют содержанием Al в расплаве и условиями проведения технологического процесса. При таком способе выращивания р⁰-i-п⁰-структур из AlGaAs, GaAs, GaAsSb или InGaAs возможно получение слаболегированных компенсированных i-областей с концентрацией свободных носителей заряда порядка 10¹³-10¹⁴ см^-3, что позволяет достичь блокирующих структурами напряжений до 1000 В, и выше. Содержание электрически активных дефектов в эпитаксиальных слоях зависит от содержания остаточных примесей в расплаве и ростовой системе, от температуры и длительности предварительного отжига раствора-расплава, расхода водорода и его влажности, режима кристаллизации пленки при принудительном охлаждении системы. Отжиг расплава-раствора в потоке очищенного водорода необходим для того, чтобы очистить его от окисной пленки галлия (Ga₂O₃) и от легколетучих фоновых примесей, преимущественно донорных из шестой группы (селен, сера, теллур), а также для его насыщения дополнительными примесями соединений кремния из газовой фазы, которые способствуют связыванию в нейтральные комплексы донорных примесей, прежде всего, кислорода. Однако получение слоя Al_xGa_1-xAs с p⁰-i-n⁰ переходом имеет свои специфические особенности, связанные с тем, что Al является элементом с высокой химической активностью, элементом, характеризующимся высоким сродством к кислороду, поэтому присутствие Al в расплаве приводит к существенному снижению концентрации доноров, связанных с кислородом и, соответственно, к изменению соотношения концентрации доноров и акцепторов, и их распределению по толщине слоя. Эксперименты показали, что ощутимый эффект «очистки» раствора-расплава происходит при содержании Al в растворе-расплаве не менее 0,2 ат.%. При увеличении содержания Al в растворе-расплаве, а также при увеличении параметров термообработки раствора-расплава перед началом кристаллизации - повышении температуры, увеличении длительности отжига раствора-расплава и увеличении расхода (скорости потока через ростовую камеру) водорода происходит продвижение по последовательному ряду структур:

p⁺-n⁰; p⁺-i-n⁰; p⁺-p⁰-i-n⁰; p⁺-p⁰-i; р⁺-р⁰;

где р⁺ - сильнолегированная подложка р-типа; р⁰- и n⁰- - слаболегированные области слоя с концентрацией носителей менее 5·10¹⁶ см^-3, i- - компенсированная область слоя с концентрацией 10¹³-10¹⁴ (до 10¹⁵) см^-3.

Так, выбрав значение концентрации Al в растворе-расплаве, температуру и время отжига раствора-расплава, можно подобрать такой расход водорода, при котором образуется слой с р⁰-i-n⁰-переходом. В присутствии Al в расплаве усиливаются обменные процессы между жидкой и газовой фазами, в результате чего слои AlGaAs с р⁰-i-n⁰-переходом можно получить, например, при меньших температурах и времени отжига, или при меньших расходах водорода, по сравнению с выращиванием слоев GaAs, InGaAs или GaAsSb, при совпадении других параметров технологического процесса. В этом случае отжиг расплава-раствора длится от 0,5 до 3 часов, в зависимости от выбранной температуры, а также расхода и влажности водорода. Важной характеристикой слоев Al_xGa_1-xAs является большая ширина запрещенной зоны по сравнению с GaAs (1,424 В), что обеспечивает реализацию более высоких значений рабочих температур приборов (более 250°С), созданных на их основе. Еще одной важной особенностью слоев Al_xGa_1-xAs, полученных кристаллизацией из жидкой фазы в широком диапазоне температур, является то, что содержание AlAs в них плавно уменьшается по толщине слоя в процессе роста (это условие выполняется при содержании Al в шихте от 0,2 до 0,7 ат.% для выбранного диапазона температур начала кристаллизации 820-880°С), что связано с высокими значениями коэффициента распределения (сегрегации) Al, и, соответственно, уменьшением содержания Al в расплаве и слое в процессе роста эпитаксиальных слоев. Такой характер распределения Al по толщине слоя в диодах на основе высоковольтных Al_xGa_1-xAs p⁰-i-n⁰-переходов, как описывалось выше, приводит к более мягкому процессу обратного восстановления диода. Критерий плавности (мягкости) обратного восстановления диода описывают с помощью соотношения:

S=-(dI/dt)/(dI_R/dt)_max,

где dI/dt - скорость нарастания обратного тока на этапе запаздывания обратного напряжения (на этапе высокой обратной проводимости диода при его выключении), a (dI_R/dt)_max - максимальная скорость уменьшения амплитуды обратного тока I_R на этапе спада обратного тока диода. Для случая, когда амплитуда I_R уменьшается монотонно, можно использовать упрощенную формулу:

S=t_f/t_s,

где t_f (t_сп) - время спада обратного тока выпрямительного диода; % t_s (t_зп) - время запаздывания обратного напряжения выпрямительного диода (международное и русское буквенное обозначение терминов по ГОСТ 25529-82). Для минимизации уровня коммутационных всплесков коэффициент «мягкости» S должен быть больше 1. Гетероструктуру можно вырастить на подложке GaAs р-типа проводимости, легированной Zn до концентрации (0,5-50)·10¹⁸см^-3, или n-типа проводимости, легированной Sn или Si до концентрации (0,5-5,0)·10¹⁸см^-3, в зависимости от типа изготавливаемого прибора - диода, транзистора или тиристора. Например, простейшую диодную p-i-n гетероструктуру можно вырастить на GaAs подложке р-типа проводимости, при этом сначала на подложке можно вырастить слаболегированный AlGaAs p⁰-i-n⁰ переход из приготовленного по настоящему способу расплава, а на нем вырастить контактный слой GaAs n-типа, легированный теллуром или оловом до концентрации (0,5-5,0)·10¹⁸см^-3.

Пример 1. Была изготовлена диодная p-i-n структура на основе рабочего слаболегированного слоя с p⁰-i-n⁰ переходом, выращенным на подложке GaAs методом жидкофазной эпитаксии. Эпитаксиальное выращивание слаболегированного плавного p⁰-i-n⁰-перехода Al_xGa_1-xAs проводили на подложке p⁺-GaAs с ориентацией (100), легированной цинком до 5·10¹⁸ см^-3 из ограниченного раствора-расплава Al-Ga-As. В качестве растворителя использовали Ga марки 6N (чистотой 99,9999%), содержание Al (чистотой 99,999%) в расплаве составляло 0,7 ат.%, навеску источника мышьяка (поликристаллический GaAs с концентрацией свободных электронов 10¹⁶ см^-3 и подвижностью ≥5000 см²/В·с при 300 K) определяли по известным термодинамическим соотношениям в системе Al-Ga-As. В кварцевом реакторе в поршневой графитовой кассете прокачного типа в атмосфере очищенного водорода (с содержанием паров воды ≤3·10^-6 мольных долей и кислорода ≤1·10^-6 мольных долей) проводили предварительный отжиг насыщенного раствора-расплава Al-Ga-As 0,2 часа при температуре начала кристаллизации (выращивания) слоя 860°С и потоке водорода через реактор 80 мл/мин. Затем раствор-расплав приводили в контакт с подложкой GaAs р⁺-типа проводимости и проводили кристаллизацию рабочего слаболегированного p⁰-i-n⁰ слоя путем принудительного охлаждения ростовой системы со скоростью 0,2°С/мин до температуры 750°С, при которой прекращали рост рабочего слаболегированного p⁰-i-n⁰ слоя путем замены расплава следующим (содержащим Ga, As и Те), и начинали рост легированного теллуром n⁺-GaAs эмиттерного слоя с концентрацией свободных электронов 2·10¹⁸ см^-3. Таким образом, получали диодную р⁺-р⁰-i-n⁰-n⁺-гетероструктуру в ходе одного эпитаксиального процесса. Рабочий слаболегированный Al_xGa_1-xAs p⁰-i-n⁰ слой был выращен толщиной 42 мкм, содержание AlAs монотонно убывает по толщине от подложки (х=0,5) до эмиттерного слоя (х=0,2). Градиент уменьшения состава х в Al_xGa_1-xAs составил dx≈0,007 (мольных долей)/мкм. Из полученной полупроводниковой p-i-n структуры были изготовлены диоды с помощью стандартных методов фотолитографии, травления, напыления и вжигания контактов. Измерения характеристик приборов проводилось в непрерывном и импульсном режимах при температурах от 20°С до 320°С. Температура испытаний (320°С) полученных диодов ограничивались не предельными характеристиками приборных структур, а предельными возможностями самодельных измерительных стендов, имеющихся в наличии. Параметры диодов были следующие: максимальные напряжения обратного смещения (при токах утечки 0,05 мА) U_R=350-400 В; прямое напряжение (при плотности прямого тока 10² А/см²) U_F=1,65 В при комнатной температуре и U_F=1,2 В при 320°С; время обратного восстановления τ_rr=15 наносекунд при комнатной температуре и τ_rr=40 наносекунд при 320°С; коэффициент мягкости (плавности) обратного восстановления диода S=1,2.

Пример 2. Была изготовлена диодная p-i-n структура на основе рабочего слаболегированного слоя с p⁰-i-n⁰ переходом, выращенным на подложке GaAs методом жидкофазной эпитаксии, как в примере 1, за исключением того, что содержание Al в расплаве составляло 0,2 ат.%, проводили предварительный отжиг насыщенного раствора-расплава Al-Ga-As 3 часа при температуре начала кристаллизации слоя 880°С и потоке водорода через реактор 80 мл/мин, проводили кристаллизацию рабочего слаболегированного p⁰-i-n⁰ слоя путем принудительного охлаждения ростовой системы со скоростью 2,0°С/мин до температуры 700°С. Рабочий слаболегированный Al_xGa_1-xAs p⁰-i-n⁰ слой был выращен толщиной 42 мкм, содержание AlAs убывает по толщине от подложки (х=0,28) до эмиттерного слоя (х=0,02). Градиент уменьшения состава х в Al_xGa_1-xAs составил dx≈0,006 (мольных долей)/мкм. Параметры диодов, изготовленных из полученной полупроводниковой p-i-n структуры, были следующие (при тех же условиях измерений): U_R=400-450 В; U_F=1,55 В при комнатной температуре и U_F=1,15 В при 320°С; τ_rr=20 наносекунд при комнатной температуре и τ_rr=35 наносекунд при 320°С; коэффициент мягкости (плавности) обратного восстановления диода S=1,1.

Таким образом, настоящий способ изготовления полупроводниковых p-i-n структур из соединений А3В5 методом жидкофазной эпитаксии позволяет изготавливать приборы силовой электроники, обеспечивает повышение предельной рабочей температуры и мягкий характер переключения из проводящего в запертое состояние диодов, которые способны работать (сохранять выпрямляющие свойства) при температурах 320°С и выше.

Изобретение относится к силовой микроэлектронной технике, а более конкретно, к способам изготовления высоковольтных p-i-n структур из соединений А3В5. Способ изготовления полупроводниковой p-i-n структуры на основе соединений GaAs-AlGaAs методом жидкофазной эпитаксии осуществляется путем предварительного отжига раствора-расплава исходной шихты и выращивания в едином технологическом цикле многослойной полупроводниковой структуры AlGaAs, сформированной из композиции последовательных эпитаксиальных слоев AlGaAs на подложке GaAs. В исходную шихту предварительно вводят алюминий в количестве 0,2-0,7 ат.%, а рабочий слаболегированный p⁰-i-n⁰ слой формируют путем принудительного охлаждения ростовой системы со скоростью 0,2-2,0°С/мин от температуры 820-880°С до температуры 700-750°С. Полупроводниковая p-i-n структура, выполненная согласно изобретению, позволяет повысить предельную рабочую температуру и получить мягкий характер переключения изготовленных из такой структуры диодов из проводящего в запертое состояние, что обеспечивает снижение амплитуды резких всплесков перенапряжения на выключающемся диоде и препятствует появлению высокочастотных электромагнитных помех. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления полупроводниковой p-i-n структуры на основе соединений GaAs-AlGaAs методом жидкофазной эпитаксии, включающий предварительный отжиг раствора-расплава исходной шихты и выращивание в едином технологическом цикле многослойной полупроводниковой структуры AlGaAs, сформированной из композиции последовательных эпитаксиальных слоев AlGaAs на подложке GaAs, состоящей из рабочего слаболегированного p⁰-i-n⁰ слоя и контактного n⁺-слоя, отличающийся тем, что предварительно вводят в исходную шихту алюминий в количестве 0,2-0,7 ат.%, а рабочий слаболегированный p⁰-i-n⁰ слой формируют путем принудительного охлаждения ростовой системы со скоростью 0,2-2,0°С/мин от температуры 820-880°С до температуры 700-750°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительный отжиг раствора-расплава исходной шихты ведут при температуре начала кристаллизации рабочего слаболегированного слоя 820-880°С в потоке водорода.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительный отжиг раствора-расплава исходной шихты ведут 0,5-3,0 часа.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полупроводниковую p-i-n структуру выращивают на подложке GaAs р-типа проводимости, легированной Zn до концентрации (0,5-50)·10¹⁸ см^-3.