СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ р - «-ПЕРЕХОДОВ Советский патент 1967 года по МПК H01L21/368 

Известны способы получения р - «-переходов в полупроводниках типа А В путем эпитаксиалыюго наращивания на монокристалл слоя полупроводника из жидкого раствора полупроводника А В в элементе А Наращивание проводится в токе водорода, при этом летучие компоненты раствора уносятся водородом, в результате чего изменяется состав исходного раствора, что сказывается па качестве наращиваемого слоя.

Предлагаемый способ позволяет получать наращиваемые р- или «-области заданной толщины и равномерно легированные до заданных концентраций. Кроме того, этим способом можно получать гетеропереходы типа монокристалл - твердый раствор.

Для этого на исходную монокристаллическую пластину из полупроводника типа В наносят слой элемента третьей группы, входящий или не входящий в состав исходного полупроводника, и помещают ее в ампулу. Туда же закладывают элемент пятой группы, входящий или не входящий в состав исходного полупроводника, и легирующую смесь. Ампулу откачивают и запаивают для того, чтобы процесс создания эпитаксиального р-п-перехода происходил в замкнутом объеме. Затем ампула нагревается, в результате чего происходит растворение части исходной пластинки в элементе до получения равновесного

раствора и насыщения его легирующей примесью из паровой фазы. Затем снижают температуру системы, при этом происходит эпитаксиалы-юе наращивание на нерастворенную часть исходной пластинки легированного примесью слоя полупроводника .

Кроме этого, можно производить наращивание эпитаксиальных слоев из предварительно приготовленного и нанесенного на исходную пластинк) жидкого раствора полупроводника В в элементе А .

На чертеже представлены стадии создания эпитаксиального р-«-перехода в арсениде галлия.

Поверхность исходной монокристаллической пластинки арсенида галлия п- или р-типа идеально смачивают тонким слоем галлия для того, чтобы получаемый р-«-переход был плоским.Ч

Смачивание производят при 600-700°С; допустимая толщина слоя пластинки арсенида галлия, которая при этом растворится в галлии, 5-10 мк. Количество галлия, которое нужно взять для смачивания, определяют по диаграмме растворимости арсенида галлия в галлии.

кварцевую лодочку, которую помещают в кварцевую. -труб 7 с проточным водородом. Затем повышают температуру до 800°С и лодочку выдер :йв%1от йри этой температуре 10-15 лш.у,,рй:.тэдо,чтобы удалить с поверхиостей арсенида галлий и галлия окисную пленку. ПбсЯ снгежает температуру до 600-700°С, заливают ж идкий галлий на пластинку арсенида галлия и охлаждают до комнатной температуры, при этом пластинка арсенида галлия идеально смачивается галлием.

Эпитаксиалыюе наращивание производят из жидкого равновесного раствора арсенида галлия в галлии, легированного донорной или акцепторной . Равновесный раствор получают за счет растворения части исходной пластинки арсенида галлия в галлии. Жидкий раствор легируется примесью из паровой фазы. Температура растворения 800-850 С, а толщина слоя пластинки арсевида галлия, которая нри этом должна растворится в галлии 50-60 j4K. Количество галлия, которое нужно взять для растворения, определяют по диаграм.ме растворимости арсенида галлия в галлии.

Процесс производят следующим образом.

На пластинку арсенида галлия, смоченную галлием, наносят дополнительное количество галлия, необходимое для растворения слоя пластинки арсенида галлия заданной толщины. Пластинку помещают в кварцевую ампулу. В ампулу закладывают также мышьяк, чтобы не было диссоциации арсенида галлия, и легирующую примесь: донорную (Те, Se и п. т.) либо акцепторную (Zn, Cd и т. п.), в таком количестве, чтобы в ампуле было насыщенное давление паров примеси в течение всего процесса. Ампулу откачивают до - мм рт. ст. и запаивают, чтобы процесс создания эпитаксиального р-«.-перехода происходил в замкнутом объеме. Затем ампулу помещают в печь.

При этом пластина арсенида галлия, покрытая галлием, находится при температуре 800-850°С, а легирующая примесь и мышьяк - при температуре на 100°С ниже. Это необходимо для того, чтобы не было сплавообразования легирующей примеси с арсенидом галлия. Такой температурный режим поддерживают около 1 час. При этом жидкий галлий растворяетслой арсенида галлия заданной толщины, жидкий раствор арсенида галлия в галлии насыщается легирующей примесью из паровой фазы, легирующая примесь диффундирует в нерастворенную часть пластинки арсенида галлия как из жидкого раствора, так и из паровой фазы. В результате этого на нерастворенной части пластинки арсенида галлия получают равновесный жидкий раствор арсенида галлия в галлии, легированный донорной либо акцепторной примесью. Кроме того, на пластинке арсенида галлия образуется паразитный диффузионный слой.

растворяют путем кратковременного повыщения температуры на 20-30°С.

Эпитаксиальное наращивание слоя арсенида галлия из жидкого раствора на нерастворенную часть пластинки арсенида галлия производят путем понижения температуры в печи. При этом вначале скорость охлаждения составляет 3 град/мин. После снижения температуры на 100-150°С от температуры начала охлаждения скорость охлаждения повышается до 20-25 град/мин. После охлаждения до комнатной температуры слой галлия, оставшийся на поверхности пластины, и паразитный диффузионный слой удаляют.

Предложенный способ позволяет получить р-к-переходы в других полупроводниках типа , при этом вместо галлия можно использовать индий, а вместо мыщьяка сурьму, фосфор и т. п. В случае использования элементов А В , не входящих в состав исходного полупроводника, можно получать гетеропереходы типа;

GaAs - Ga - As,v Pi - .GaAs - In.v Gai ,vAs, GnAs - Ga.v- Pi-у и т. д.

Предмет изобретения

1. Способ получения р - «-переходов, в полупроводниках типа А В путем эпитаксиального наращивания слоя полупроводника на исходной полупроводниковой монокристаллической пластине из жидкого раствора полупроводника А В в элементе , отличающийся тем, что, с целью получения р- или побласти заданной толщины, равномерно легированной до заданных концентраций акцепторов или доноров, на исходную пластину наносят слой элемента третьей группы, входящий или не входящий в состав исходного полупроводника, помещают ее в ампулу, в которую также закладывают легирующую примесь и элемент пятой группы, входящий или не входящий в состав исходного полупроводника, откачивают и запаивают ампулу, после чего нагревают ее до получения равновесного жидкого раствора.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью получения р-области на /г-GaAs, на исходную пластину наносят слой галлия, помещают ее в ампулу с цинком и мышьяком, откачивают и запаивают ампулу, после чего нагревают ее до получения равновесного жидкого раствора арсенида галлия в галлии.

3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью получения гетероперехода на п-ОаА§, на исходную пластину наносят слой индия, помеплают ее в ампулу с цинком и мышьяком, откачивают и запаивают ампулу, после чего нагревают ее до получения равповесного жидкого раствора арсенида галлия в индии.

помещают ее в ампулу с цинком п фосфором, откачивают н запаивают ампулу, после чего

иагреваю-т ее до получения равновесного жидкого растьора - GaAs.vPi-.v в иидии.

WMXS Редактор Н. О. Громов Составитель Г. В. Корнилова Корректоры: Н. И. Быстрова Техред Т. П. Курилко и Е. Н. Гудзопа