СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРУКТУР С P-N-ПЕРЕХОДОМ В СИСТЕМЕ INAS - INGAAS Советский патент 1995 года по МПК H01L21/208 

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при изготовлении оптоэлектронных приборов с применением техники жидкостной эпитаксии.

Целью изобретения является упрощение технологии изготовления омического контакта и сокращение времени изготовления структур.

Способ осуществляется с использованием подложек p-типа проводимости при введении в раствор-расплав акцепторной примеси марганца.

П р и м е р 1. Берут подложку InAs p-типа проводимости (р ≈ (1-3)˙10¹⁶ см^-3), вырезанную в виде прямоугольной плоскопараллельной пластины в направлении (III). Нерабочую сторону подложки InAs (III)А приводят в контакт с гладкой полированной пластиной сапфира, размещенной на дне гнезда в пластине-подложкодержателе графитовой кассеты. Толщина подложки 170 мкм. Приготавливают расплавы соответственно для наращивания буферного и рабочих слоев. Состав первого (буферного) расплава содержит основные компоненты в концентрациях In:Ga:As = 0,88:0,02:0,1; состав рабочего расплава In:Ga:As = =0,87:0,01:0,120. В расплав для буферного слоя вводят марганец в количестве 0,0028 ат. долей в рабочий расплав - 0,00024 ат.долей. Раствор-расплав для наращивания буферного слоя приводят в контакт с лицевой стороной подложки (III)В при температуре насыщения, выдерживают 30 мин, после чего снижают температуру системы на 12 К. Затем первый расплав заменяют на рабочий раствор-расплав и проводят формирование p-n-перехода путем последова- тельного наращивания слоя p- и n-типа проводимости из жидкой фазы в процессе принудительного охлаждения системы. Отделяют изготовленную p⁺-p-n-структуру с омическим контактом к p⁺-области от сапфировой пластины.

П р и м е р 2. Берут подложку InAs толщиной 340 мкм. В расплав для буферного слоя состава In:Ga:As 0,85:0,07:0,08 вводят марганец в концентрации 0,003 ат.долей; в рабочий расплав InGaAs = =0,80:0,08:0,12 добавляют марганец в количестве 0,00030 ат.долей. Раствор-расплав для наращивания буферного слоя приводят в контакт с лицевой стороной подложки, тыльная сторона которой совмещена с поверхностью сапфировой пластины. Проводят изотермическую выдержку при температуре насыщения раствора-расплава в течение 34 мин. Затем заменяют раствор-расплав и последовательно наращивают p- и n-слои. Отделяют изготовленную структуру с омическим контактом от сапфировой пластины.

При изотермическом контакте равновесного раствора-расплава с подложкой при температурах 970-1030 К происходит внедрение капель расплава в подложку InAs и их перемещение по направлению к нерабочей поверхности InAs. При достижении тыльной стороны подложки движение капли прекращается, при этом в месте ее выхода на поверхность образуется область, состоящая в основном из индия. Проникновение капель в подложку не является однородным, поэтому нерабочую поверхность подложки приводят в контакт с плоской поверхностью неразлагающейся пластины. При наличии такой пластины вследствие хорошей смачиваемости расплавом, обогащенным индием, и действия капиллярных сил, подложка при появлении на ее поверхности капель In-(Ga-As) "прилипает" к пластине, а расплав In-(Ga-As) равномерно растекается по поверхности InAs, образуя сплошной слой. Из-за большой хрупкости InAs использование подложек с толщиной менее 120 мкм затруднительно.

Толстые подложки ( ≈ 350 мкм) более удобны в обращении, однако получение сплошного омического контакта для подложек толщиной > 350 мкм затруднительно вследствие ограниченного перемещения капель расплава к тыльной стороне подложки InAs.

Процесс сквозного перемещения капель расплава усиливается с возрастанием температуры Т и наиболее эффективно происходит при Т > 970 К, однако при Т > 1030 К начинает сказываться диффузия марганца.

Экспериментально, установлено, что процесс движения капель расплава наиболее эффективен в начальный момент контакта расплава с подложкой InAs, а через 35 мин после контакта движение капель практически прекращается. Поэтому время изотермической выдержки расплава в контакте с подложкой больше 35 мин нецелесообразно. Нижний предел изотермической выдержки ( ≈ 20 мин) обусловлен тем, что процесс движения капель вглубь подложки неоднороден по поверхности InAs, и для получения сплошного фронта проникновения капель необходимо достаточно большое время выдержки.

После указанной изотермической выдержки расплава в контакте с подложкой в течение 20-35 мин на рабочей поверхности InAs самопроизвольно образуется слой твердого раствора In-Ga-As, поверхность которого неровная из-за неоднородности проникновения расплава в InAs. Это усложняет процесс выращивания последующих слоев In_xGa_1-xAs.

Для "сглаживания" поверхности выращивают буферный слой InGaAs толщиной 8-12 мкм, что достигается при охлаждении расплава на 10-15 К. Меньший, чем 10 К, интервал температур малоэффективен для выравнивания поверхности подложки, больший, чем 15 К, нецелесообразен из-за увеличения при этом общего времени технологического процесса.

Как показывает опыт, образование омического контакта возможно лишь при превышении порогового значения концентрации галлия в расплаве. При X_Ga < 0,010 капли расплава не проникают до тыльной стороны подложки даже при толщине последней ≈ 120 мкм. При больших концентрациях (X_Ga^в> 0,06) наблюдается искривление образцов, что делает выращивание многослойных структур трудноосуществимым.

Для использования в качестве исходного материала для изготовления излучающих диодов или фотоприемников структуру отделяют от пластины. Для более точного управления процессом формирования омического контакта используют следующее эмпирическое выражение:
h = a(X-X_o)² + b(X-X_o), где h - толщина подложки (мкм), при которой с вероятностью 0,95 на ее поверхности образуется омический контакт (температура и время выдержки 990 К, 25 мин соответственно);
Х - концентрация галлия в расплаве (ат. доли);
Х_о = 0,003; а = -1,16 ˙10⁵; b = 1,3˙10⁴.

Общее время технологического процесса получения структур с омическими контактами сокращается на 10-12%. Полученную структуру используют для изготовления излучающего диода, работающего при комнатной температуре в области 3,3-3,4 мкм. При этом прочность полученной структуры за счет сплошного индиевого контакта повышается в сравнении со структурами InGaAs/InAs, на которые специально наносятся контакты по известным способам. Это позволяет, в конечном счете, увеличить выход годных приборов в среднем на 15%.

Омический контакт формируется до изготовления p-n-перехода, что исключает дополнительную термообработку изготовленного p-n-перехода, в результате чего повышается воспроизводимость параметров структур.

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при изготовлении оптоэлектронных приборов с применением техники жидкостной эпитаксии. Цель изобретения - упрощение технологии изготовления омического контакта и сокращение времени изготовления структур. Тыльную сторону исходной подложки из арсенида индия совмещают с поверхностью пластины из инертного термостойкого материала, например сапфира. Лицевую сторону подложки приводят в контакт с насыщенным раствором-расплавом индий-галлий-мышьяк с содержанием галлия 0,01 - 0,06 ат. долей. В процессе изотермической выдержки при температуре 970 - 1030 К капли расплава мигрируют к тыльной стороне подложки. Экспериментально определены условия образования сплошной пленки индия, выполняющего роль омического контакта, на тыльной стороне подложки. Из того же раствора-расплава на лицевой стороне подложки наращивают буферный слой арсенида индия-галлия. Путем замены расплавов формируют p- и n-слои и отделяют структуру от подложки. Достигнуто сокращение времени изготовления структур. Омический контакт формируют до изготовления рабочих слоев структуры в едином технологическом цикле с использованием раствора-расплава для последующего наращивания буферного слоя.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРУКТУР С p-n-ПЕРЕХОДОМ В СИСТЕМЕ InAs - InGaAs, включающий приготовление насыщенного раствора-расплава индий-галлий-мышьяк, приведение его в контакт с лицевой стороной подложки из арсенида индия, принудительное охлаждение системы, формирование p-n-перехода и сплошного индиевого омического контакта к тыльной стороне подложки, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления омического контакта и сокращения времени изготовления структур, предварительно тыльную сторону подложки толщиной 120 - 360 мкм приводят в контакт с пластиной сапфира, при температуре 970 - 1030 К лицевую поверхность подложки подвергают контактированию с раствором-расплавом, содержащим 0,01 - 0,06 ат. долей галлия, проводят изотермическую выдержку в течение 20 - 35 мин, понижают температуру системы на 10 - 15 К, после чего формируют p-n-переход и отделяют структуру с омическим контактом от пластины.