Способ обработки поверхностно-барьерных структур на основе соединений @ @ Советский патент 1983 года по МПК H01L21/263 

Изобретение относится к ооластй полупроводникового приборостроения и может быть иопользовано для увеличения времени жизни неосновных носителей тока ,вповерхностно-барье ных структ рах, а также может быть применено к готовым лриборам на их основе для улучшения их электрических характеристик,определяемых време нем жизни неосновных носителей тока. Известен способ геттерирования рекомбинационных центров посредством термообработки готовых приборов, содерж щх р-л-переходы, посл введения в неактивную область прибора центров, создающих механические напряжения/ для вытягивания примесных атомов, являющихся центра ми рекомбинаций, из рабочей области прибора. Таким источником механических напряжений может служить при месь в концентрации, достигающей предела растворимости l J Недостатком данного способа является наличие высокотемпературной обработки, которая сказывается на положении границы эпитаксиальный слой - лодложка. Известен способ обработки поверх нбстно-барьееных структур на основе соединений. вЯ включающнй нанесение на поверхность структуры металлического покрытия и последующую обработку. Стимулирующую геттерирование границей раздела металл-полу-г проводник, рекомбинационных центров из объема структуры Г2J. В данном способе для увеличения времени жизни неосновных носителей тока в Si предлага бт прогревать Si с нанесен jFOvt слоем N1 при температуре выше 750с (при 780 более 3 ч, а при мин.). ,В GaAs для. .удаления из объема полупроводника меди, являющейся эффективным .центром рекомбинации, предлагают использовать Ga при температуре выше ,причем Ga является примерно в 20 раз более эффективным геттером, чем KCN. Данный способ содержит в качестве необходимого момента высокотем.пературные прогревы структуры, которые в ряде случаев оказываются неприемлемБМи. Вследствие достаточно высокой температуры обработки мо жет существенно изменяться положение металлургической границы эпитак сйальный слой - подложка (размытые границы структуры , изменение профиля распределения примеси и т.д. ), что приводит к больиюму разбросу генерационно-рекомбйнационных параметров материала (времени жизни и длины диффузии носителей тока а также их профилей ji. Поэтому такой способ не годится для эпитаксиальных структур, предназначенных для изготовления таких приборов, как. лавинный фотодиод, диод Ганна и др. и тем более не может быть применен к готовым приборам, посколькувысокотемпературный прогрев приводит к деградации их параметров. Кроме того, высокотемпературный прогрев таких легко разлагающихся соединений как GaAs и GaP, можетприводить к нарушению стехиометрии и .к образо.ванию термодефек гов, которые мо.гут сами служить центрами рекомбинации. Поэтому он требует защиты поверх ности материала соответствуквдим покрытием (например, окисью алюминия, нитридом кремния и др./, либо прогрев должен осуществляться в газе, насыщенном парами расплавленного полупро водника, т.е. требуется усложнение условий для осуществления этого способа для соединений типа А ВХ. Целью изобретения является увеличение времени жизни неосновных носителей тока при одновременном сохранении исходной концентрации и профиля распределения легирующей примеси. Указанная цель достигается тем, что в способе обработки поверхностно-барьерных структур на основе сое динений А, в, включающем нанёс.ение на поверхность структуры метал- лического покрытия и последующую обработку, стимулирующую геттериров,ание границей раздела металл-полупроводник рекомбинационных центров из объема структуры, геттерирование стимулируют облучением структуры -i-квантами Со дозой ЗЮ 31СгК/кг или электронами с энергией 1-4 МЭВ, дозой 5-10 см-2при.интенсивностях, не вызывающих- нагрева структуры при исходной концентрации примеси 10 - 5-10 см:. Улучшение рекомбинационных параметров эпитаксисшьного слоя проирхо,дит вследствие радиационно-стимулированного геттерировании глубоких рекомбинационных центров (определяющих-Время жизни неосновных носителей тркЗр) дeфeктaмJн эпитаксиальной структуры, сосредоточенными у границы раздела эпитаксиальный слой - металлизирования : поверхность и выступающими в роли активных стоков и центров аннигиляции объемных дефектов. ( Дефекты границы раздела эпитаксиальный слой - подложка также могут выступать в качестве центров геттерирования. Их роль боле.е существенна в случае тонких эпитаксиальных слоев ). Центрами аннигиляции могут быть либь дислокации, либо атомы барьерного металла, либо Специально вводимые дефекты. Их концентрации, зависящие от технологических условий металлизации, определяет эффективность геттерирования. Как показали исследования, згшисимость времени неосновных носителей тока вблизи, меташлизированной поверхности эпитаксиального слоя /на .глубине от ОД до нескольких мкм)} от дозы .бблучения имеет вид кривой с максимуме (фиг. 1, т.е. в указанном выше интервале доз преобл и(ает процесс геттерирования рекомбинационных центров из объема, а при дозах боль ше. f- облучения и TOi cMэлектронного облучейия. - процесс создания новых центров рекомбинации

в оЬъеме полупроводника. Следует отметить, что в объеме полупроводника или приборах с р-п-переходом, не имеющих достаточной концентрации центров геттерирования, при указан -.

шх дозах Облучения преобладает введения радиационн оь ефёктов,. Поэтому облучение |-квантами, быстрыми электронами и др. обычно используется для уменьшения времени жизни

неосновных носителей тока.

-Пример: Параметры эпитаксигшьной структуры n-n -GaAs до и после облучения. В Таблице приведены результаты измерения времени жизни (fp) неосновных носителей тока, а также кон-J центрации свободных носителей тока, равной концентрации ионизи эованной .примеси (Nd-Na) в поверхностнобарьерньис структурах на основе эпитаксиальногр GaAs п-п -типа., на которые наносился контактный металл, образующий барьер на границе с полу проводниксм (диод ШотткиЛ до и после облучения электронами с энергией 1-4 МэВ или уг-квантами . INd-Na определялось из высокочастотной вольт-фарадной характеристики изготовленного таким образом поверх ностно-барьерного диода, f р вычислялось по формуле LP Up /D при Д) 5 CMVCr а длина диффузии неосновных носителей тока (Cp определялась по величине отсечки на оси .абсцисс фототока короткого замыкания диода от его обратной ем|кости. Как видно из таблицы, выбором соответствующей дозы облучения j-KBaHTaMH или быстрыми электронами можно получить увеличение f р на порядок величины в слое тол щиной в несколько , микрометров над поверхностью, покрытой металлом (то слой является активной областью при боров поверхностно-барьерного типа) Из чертежа видно,что при дозах лучения меньше 3 эффект уве личения Тр, пренебрежимо мал, а при дозах больше 3 Тр уже умень шается по сравнению с исходной вели чиной, т.-е. преоблёщсшицим становится процесс создания новых рекомбинационных центров. Ангшогичны предельные дозы облучения быстрывш эле тронами: 5 10и 5-10 ;м 2. Из табл цы видно также, что при геттерирйвании, стимулируемом облучением, концентрация ионизированных примесей Nd-Na изменяется не более, чем на 10-20%, в то время как прогревы, i требуемые для геттерирования реком бинационно-активных примесей из объема полупроводника, приводят к изменению Nd-Na на порядок величины или даже на несколько порядков, одновременно изменяется профиль распределения легирующей примеси, сдвигается граница пленка-йодложка -и т.д. Кроме того, отжиги приводят к возникновению большой концентрации дефектов донорного и,акцепторного типа, которые, являясьцентрами рассеяния, не существенно влияют на концентрацию свободных носителей тока Nd-Na, но приводят к уменьшению их подвижности и сами могут служить центрс1ми рекомбинации. Установлено, что если облучению подвергаются готовые диоды поверхностнобарьерно го тина на основе соединений АШ ъУ, облучение указанными дозами приводит к небольшому увеличению напряжения лавинного пробоя, в то же время обратный ток диода уменьшается. Последнее является следствием того же процесса радиационностимулированного геттерирования генерационно-рекомбинационных центров в эпитаксиальном слое. Использование предлагаемого спосрба увеличения времени жизни неосновных носителей тока в поверхностно-барьерных структурах на основе соединений А- В- обеспечивает по сравнению с известными способами, включающими термообработки {отжиги V, возможность увеличения времени жизни неосновных носителей тока в эпитаксиальном слое Г -типа без существенного изменения в нем концентрации свободных носителей тока и ее толщинного распределения, возможность применения к легко разлагающимися доединениям типа, А В возможность применения к готовым приборам типа поверхностно-барьерных диодов и др. для улучшения их электрических-характеристик, определяемых временем жизни неосновных носителей тока.

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТНО-БАРЬЕРНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЙ дв Вх, включающий йанесе ние на поверхность структуры :металлического покрытия и последующую обработку, стимулируюсцую геттерирование границей раздела металл-проводник рекомбинационных центров из обвема структуры, о т лич.ающийсГя тем, что, с целью увеличения времени жизни неосновных носителей тока при одновременном сохранении исходной концентрации и профиля распределения легирующей примеси, геттерирование стимулируют облучением стт ктуры у -квантами Со дозой 3.10 3-1С(К/кг или электронами с энергией 1-4 Мэв дозой 5-10% интенсивностях, не вызывгиощих нагрева структуры, при исходной концентра- 1 ции легирующих примесей 10