Спосіб вирощування з рідкої фази арсенід-галієвих епітаксіальних діодних p-і-n структур

Изобретение относится к технологии создания полупроводниковых приборов с P-N переходами на основе соединений АшВ у, а конкретно, к технологии выращивания из жидкой фазы слаболегированных эпитаксиальных слоев GaAs, образующих P-I-N стр уктур у на подложках монокристаллического GaAs, в едином технологическом процессе. Известен способ получения полупроводниковых стр уктур методом последовательной кристаллизации из растворов-расплавов [1]. Однако данный способ не достигает требуемого для полупроводниковых приборов качества поверхностей эпитаксиальных структур и не позволяет получать высоковольтные диодные структуры. Известен также способ получения P-N структур жидкостной эпитаксией при переходе через критическую температуру [2]. Однако данный способ не позволяет создать P-I-N структур у в едином технологическом процессе. Известен также выбранный в качестве прототипа способ термоотжига раствора-расплава GaAs для выращивания эпитаксиальных слоев, заключающийся в том, что нагревают раствор-расплав в кварцевом реакторе и кварцевой кассете в среде водорода, содержащего пары воды, при контроле в процессе нагрева температуры и времени, скорости потока водорода и концентрации в нем паров воды [3]. Недостатком прототипа является в частности то, что этим способом нельзя регулировать время жизни неосновных носителей заряда и, следовательно, время обратного восстановления диодных структур, а также то, что невозможно получить эпитаксиальные структуры без макродефектов. В основу настоящего изобретения поставлена задача усовершенствования способа выращивания из жидкой фазы арсенид-галлиевых эпитаксиальных диодных P-I-N стр уктур путем введения дополнительных операций, температурных выдержек и контроля, что обеспечивает получение диодной структуры с напряжением пробоя P-N перехода 100-1500 В и временем обратного восстановления 20-200 не в условиях измерений при плотности прямого тока 50 А/см 2 и скорости спада прямого тока 200 А/мкс при максимально допустимой температуре перехода +260°С. Достижение такого технического результата достигается тем, что одновременно с нагревом растворарасплава GaAs в галлии до температуры 850-1000°С и его дальнейшей выдержкой при постоянной температуре нагревают и выдерживают при той же температуре размещенные попарно монокристаллические арсенид-галлиевые подложки с зазором между плоскопараллельно расположенными рабочими поверхностями, а затем вводят раствор-расплав GaAs в галлии в зазор между подложками с образованием контактной среды и осуществляют ее выдержку при постоянной температуре из того же диапазона с последующим охлаждением. При этом в процессе каждой выдержки и охлаждения контролируют температуру и время технологических операций, скорость потока водорода и концентрацию в нем паров воды. Кроме того, нерабочие поверхности подложек защищают бороалюмосиликатным стеклом. Указанные новые по сравнению с прототипом операции, в том числе операции контроля, в совокупности приводят к тому, что при жидкофазной эпитаксии в объеме эпитаксиальной структуры обеспечивается возможность воспроизводимо получать и регулировать значения толщины I-области и концентрации глубоких примесных центров. В результате расширяется возможный диапазон величин напряжения пробоя P-N перехода (100-1500 В) и обеспечиваются малые времена обратного восстановления диодных стр уктур при температуре перехода 260-280°С. При идентификации структур изготавливаемых заявляемым способом в объеме эпитаксиального слоя методом емкостной спектроскопии глубоких уровней (метод DLTS) определяется обязательное наличие и концентрация двух глубоких акцепторных центров с энергией активации порядка 0,41 эВ и 0,68 эВ. Новая по сравнению с прототипом операция - защита нерабочих поверхностей подложек бороалюмосиликатным стеклом обеспечивает воспроизводимость и управляемость результатов процесса эпитаксиального наращивания, предотвращает неконтролируемый рост паразитных эпитаксиальных слоев на нерабочих поверхностях подложек. Заявляемое изобретение реализуется следующим образом. Загружают в кварцевую кассету отдельно друг от друга исходную ши хту для получения растворарасплава GaAs в галлии и монокристаллические арсенид-галлиевые подложки. Подложки располагают попарно с образованием плоскопараллельного зазора между рабочими поверхностями. Нерабочие поверхности подложек предварительно защищают бороалюмосиликатным стеклом. Загруженную кварцевую кассету помещают в герметичный кварцевый реактор. Нагревают шихту в нагревательной печи одновременно с подложками до температуры 850-1000°С (испытания заявляемого способа показали, что при температурах вне указанного диапазона не удается вырастить структуру с приведенными выше характеристиками) в потоке водорода, содержащего пары воды. Выдерживают раствор-расплав GaAs в галлии и подложки при достигнутой температуре в течение 1-10 часов. Осуществляют слив раствора-расплава GaAs в галлий на подложки, вводя его в зазор между ними и образуя, таким образом, контактную среду. Выдерживают контактную среду при заданной температуре из указанного выше диапазона в течение 0,5-5 часов, после чего проводят охлаждение контактной среды с заданной скоростью 0.2-2°С/мин. Контроль температуры, времени выполнения технологических операций, скорости потока водорода (при расходе водорода 0,1-10 Дм 3/мин), концентрации паров воды в водороде (в пределах 1250 ррm) осуществляют на протяжении выполнения всех операций по заявляемому способу. Выполнение способа в пределах указанного диапазона температур 850-1000°С позволяет получить семейство диодных структур с заданными параметрами: напряжением пробоя P-N перехода и временем обратного восстановления диодных структур.