Способ изготовления полупроводниковых диодов на основе соединений а в Советский патент 1977 года по МПК H01H21/203 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДТ-ЮДОВ

НА ОСНОВЕ СОЕШНЕНИЙ А,„ В

Изобретение относится к области технологии полупроводниковых приборов.

Особый интерес в настоящее время представляют твердые растворы с шириной запрещенной зоны, большей , чем у CaAs , сохраняющие прямую стуктуру зон в значительном интервале составов. Одним из таки материалов являются твердые растворы A xGa -xAsco значением параметра Х 0,35

Известно несколько способов получения твердых растворов для изготовления на их основе полупроводниковых диодов кристаллизацией из стехиометрических расплавов, из паровой фазы и раствора.

Однако при получении диодов на высокие обратные напряжения и малые сопротивления в пропускном направлении известными способами образуются большая концентрация примесей в твердых растворах (больше 10 ) и большое сопротивление кон- тактов (больше 50 Ом).

Цель изобретения - получение твердых растворов (i-x высокой чистоты для достижения высокого обратного напряжения диодов; получение структуры, обеспечивающей возможность приготовления низкоомных контактов диодов; получение малого дифферециального сопротивления диодов при повышенной плотности тока.

Предложенный способ осуществляют 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 Ю ,

Твердые растворы ACxQoi -x с такой низкой концентрацией примесей можно получить только п-типа. Использование в качестве подложки Gafls позволяет создать р-п-переход и высокочистый слой в области объемного заряда диода в течение одного технологического цикла. равной 1, 7- 1,8 эв (300°К), при прочих равных условиях в несколько раз выше, чем в Got As . Поэтому диоды на основе твердых растворов A6;( со значением па.раметра х-0,2-0,3 должны иметь обратные напряжения на порядок выше, чем диоды на основе GaAs , Диоды на основе твердого раствора os о. имели пробивное напряжение больше 900 в. Наблюдаемый при 90О в электрический пробой диодов про исходит на месте выхода р-п-перехода на поверхность, и эта величина не характеризует электрической прочности самого перехо да. Поэтому обратсвые напряжения могут быть существенно повышены после разработки методов защиты и стабилизашга повер ности для приборов на основе этих материа лов. Использование в качестве подложки Сел As имеющего параметр решетки, близкий к значению параметра решетки твердых растворов , позволяет свести к ми нимуму количество дефектов в области объем ного заряда диода, и следовательно, также повышает обратное напряжение диодов, Большое значение щирины запрещенной зоны и малая концентрация примесей необходимы только в области объемного заряда диода. Так как состав твердой фазы, определяем мый соотношением галлия и алюмтгая в жид кой фазе, значительно смещен к А6Л5 по сравнению с составом расплава, то по мере роста эпитаксиального слоя жидкая фаза объединяется алюминием, что приводит к из менению состава кристаллизующегося твердого раствора в сторону обогащения арсенидом галлия вплоть до кристаллизации чистого арсенида галлия. Таким образом, поставленная цель получения малого после-г довательного сопротивления диодов и малого сопротивления контактов может быть решена, если осуществить уменьшение содержания алюминия до пренебрежимо малых значений по толщине диода. Управлять толщиной эпитаксиального слоя и составом по толщине можно изменением параметров (температурным интервалом охлаждения АТпуд ), скоростью охлаждения ( VQXA ) соотношением алюминия и галлия в расплаве ( 8 А ) и общим количеством расплава. Для получения наиболее чистого и совер шенного слоя в области объемного заряда диода были найдены оптимальные значения охл (приведены далее в примере). Оптимальная толщина эпитаксиального слоя для изготовления диодов на высокие обратные напряжения и малые последователнньте сопротивления порядка 150 мк. Для обеспечения изменения на этой толщине содержания алюминия в твердом растворе .-As от значеия параметра 0,1 Х 0,35 до значения X 0,05 кристаллизации осуществляют из количества расплава настолько малого, ч.гобы при найденных оптимальных охл охл и 6 At количество алюминия в жидкой фазе после кристаллизации слоя толщиной 50100 мк уменьшилось практически до нуля. Наличие на поверхности эгштаксиального слоя почти чистого арсенида галлия позволяет приготовить контакты с сопротивлением по крайней мере на два порядка меньшим, чем сопротивление контактов к широкозонным твердым растворам , Благодаря тому, что инжекционная способность гетеропереходов значительно выше по сравнению с гомопереходом, уменьшается дифференциальное сопротивление диода на основе р-п-гетероперехода при больших плотностях тока. При эпитаксиальном наращивании твердых растворов за счет поддиффузии примесей возможно смещение р-п-перехода от эпитаксиальной границы на расстояние, большее длины диффузионного смещения носителей. В этом случае структуры с гетеропереходом не дают преимуществ 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 диффузионного смещения носителей тока, (Величины используемых времени выдержки и скорости охлагсдения приведень в примере), Процесс ведется в кварцевом реакторе в токе водорода, В графитовой лодочке помещают раздельно монокристаллическую пластину из 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 Аб , Основная масса галлия удаляется на воздухе механически, а оставшаяся часть травлением в соляной кислоте. Омические контакты приготавливаются одним из известмых для арсенида галлия методом.

щадь пластины 0,4 см ), галлий (содержание примесей 0,0001%, вес 0,4 г), алюминий (содержание примесей 0 0001%, вес 0,7 мг).

Максималзьная 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.

Толщина получаемых таким образом слоев 120 мк.

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

Пробивное напряжение90О в;

Концентрация примесей в области объемного заряда диода по данным измерений зависимости емкость-напряжение 2 10 .зт

Приведегшое сопротивление диодов в пропускном направлении 10 ом см;

Обратный ток порядка 10 мка при обрат ном напряжении 100 в и окружающей температуре 360 С;

Емкость диодов при нулевом смещении 5-10 pF

Время восстановления 5-10 сек. Таким образом, разработанный способ позволил впервые получить высоковольтные диоВх

ды на основе соединений А

III

собные работать при повышенных температурах и частотах.

Формула изобретения

1.Способ изготовления полупроводниковых диодов на основе соединений Aj,j By методом эпитаксиального выращивания слоя полупроводника из раствора расплава, о т личающийся тем, что, с целью получения структуры с болыпим обратным напряжением и малым сопротивлением в пропускном направлении, создают гетеропереход, я АЕ Ьо( As-pGa AS и кристаллизацию нелегированного твердого раствора

пДЕ-х As ведут путем охлаждения со скоростью 180+ 5О С /час от 97О до 870С с последующим быстрым охлаждением до комнатной температуры.

2.Способ по п. 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 ft( У ешают концентрацию алюминия так, чтобы содержание его в области объемного заряда диода не превышало бы 17 ат %, а на поверхности слоя - 3 ат %.

спо