Способ изготовления р-п переходов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскнк Соцналнстическик Республик(22) Заявлено 05.03,75 (21 2110598/25Ъс присоединением заявки йо Н 0121/04 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытийДата опубликования описания 2304. 81(71) Заявитель Львовский филиал математической физики Института математики(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ р.п -ПЕРЕХОДОВ Наиболее близким техническим ре шением к изобретению является способизготовления р-и-переходов путемрасплава поверхностного слоя полупроводникового материала импульсамилазерного излучения с последующейрекристаллизацией расплава охлаждением.В известномспособе на поверхностный слой может быть нанесен легирующий материал в виде полупроЗ 0,водниковой металлической пленки или Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении р-и- переходов в полупроводниковых приборах.В современной технологии производства полупроводниковых приборов известны следующие методы изготовления стабильных резких р-и-переходов в полупроводниковых материалах с примесной проводимостью: введение примесей в расплав во время вытягивания из расплава с постоянной скоростью; изменение по определенной программе скорости роста кристаллов из расплава, который содержит акцепторные или донорные примеси.Эти способы сложны в реализации, так как включают ряд точных и трудоемких процессов, таких как систему регулирования вытягивания кристалла, систему регулирования температуры, систему перемешивания и питания расплава.Известен также способ изготовления резких р-о- переходов путем перераспределения примесей при плавлении кристалла н кристаллизации расплав" ленной зоны в процессе медленного охлаждения, Получение резкого р-лперехода обусловлено наличием резко-,го градиента примеси в расплаве и твердой фазе.Однако такой способ требует, слож ной термической обработки и предусматривает проведение механических операций (резку, шлифовку, очистку поверхности) после изготовления р-п-переходов.Нагрев полупроводниковых соединений А Вщ с примесной проводимостью во время плавления существенно изменяет их электрические свойства, а механичЕская обработка готовых р-п-переходов в силу физических 15 свойств этих соединений (хрупкости)ухудшает качество изготовляемых переходовКройе того, образование р-и-переходов производят в обычных условияхокружающей среды, что существенноупрощает технологию изготовления.На фиг. 1 показана схема, поясняющая предлагаемый способ; нафиг.2 - вольт-амперные характеристики р-и"переходов, изготовленныхпредлагаемым способом при различныхпараметрах излучения (характеристики снимались при температуре 77 К).1 ОУстановка состоит из лазера 1,.полупроводникового кристалла 2,измерителя 3 энергии лазерного излучения, Фотоэлемента 4 и осциллографа 5.Импульс лазерного излучения, генерируемый лазером 1, направляли напластинку полупроводника 2, Мощность излучения контролировали из 20 мерителем 3 энергии излучения. Длительность импульса измерялась припомощи Фотоэлемента 4 и осциллографа 5,П р и м е р. Изготавливали р-и 5 переходы путем расплава поверхностного слоя монокристалларбЛ х 5 и Теи-типа излучением неодимового лазера.После воздействия светового импульсас плотностью энергии Е = 0,2 Дж/мм23 О и длительностью= 2 мс расплавленная и рекристаллизованная частькристалла изменяла свою проводимостьс и-типа на р-тип. Для этого случаянаблюдалось слабое выпрямление(см.фиг Л, кривая 1). Наиболее хорошие р-и-переходы образуются приоблучении кристалла плотностьюэнергии Е = 0,4 Дж/мм и длитель 2ностью = 4-7 мс (см.фиг.2,кривая 2), При плотности энергии излучения Е = 0,5 Дж/мм и выше образование р-и-перехода сопровождаетсясильным растрескиванием и разрушением кристалла (см.фиг.2,кривая 3),Быстрое, со скоростью У = 103 104 град/с, охлаждение расплава ,сопровождается рекристаллизацией и фиксацией резких градиентов концен траций примеси в исходной и рекристаллиэованной частях полупроводника. Применение лазеров с модулированной добротностью позволяет получить скорость охлаждения до 10 град/с.8Эти особенности не имеют аналогии ни в одном известном способе и обуславливают полное сохранение электрических свойств исходных полупроводниковых материалов при идеальной ц резкости р-и-переходов,Кроме того, операцию изготовления р-и-переходов производят на подготовленных, вырезанных и отшлиФованных монокристаллах, что исключает механическую обработку готовых р-и-переходов.Особенностью данного изобретения является также возможность применением диафрагм и изменением параметров излучения (плотность энергии, 40 длительность импульса) изготовлять р"и-переходы сложной конфигурации с различной глубиной залегания переходов и различными электрическими характеристиками. 65 соединений Олементов, содержащих легирующий материал.Недостатком такого способа является малая стабильность получаемыхр-и-переходов.Цель изобретения - получение стабильных резких р-и-переходов в полупроводниковых монокристаллических пластинах с примесной проводимостью либо в собственнодефектных полупроводниковых пластинах.Цель изобретения достигается тем, что расплав поверхностного слоя производят импульсами лазерного излучения с энергией 0,1-0,5 Дж/мм длительностью 2-9 мс, а охлаждение расплава производят со скоростью 103-104 град/с.Идеально резкий стабильный р-и- переход образуется на поверхностираздела фаз в месте начала рекристаллизации. Лазерное излучение, поглощаясь поверхностнйм слоем полупроводника, приводит к сильному нагреву . и расплаву этого слоя. Скорость расплава освещенной части полупроводника импульсом излучения с плотностью энергии Е = 0,1-0,5 Дж/мм2 и длительностью т = 2-9 мс превышает Ч = 109 - 10 о град/с, что создает такой градиент температуры,при котором расплав граничит с практически холодным исходным кристаллом., Скорость расплава можно увеличить, модулируя добротность, лазерного излучения,и довести до 10 град/с,ю при этом градиент температуры составляет до 10 град/с6 Характеристики снимались при температуре 77 К.Использование данного способа получения р-и-переходов путем расплава поверхностного слоя полупроводника лазерным излучением обеспечит по сравнению.с существующими способами следующие преимущества:улучшение электрических свойств переходов, обусловленное резкостью и качеством областей с разной проводимостью, повышение их надежности и долговечности;упрощение технологии изготовления стабильных резких р-и-переходов в монокристаллах с примесной проводимостью или собственнодефектных кристаллах и в то же время улучшение их параметров;повышение количества и качества производимых приборов за счет обхода термической технологии;повышение качества и уменьшение повреждений кристаллов за счет исключения механических операций;простоту реализации высококачественных р-и-переходов большой площади с заданным рисунком перехода;простоту реализации различной глубины залегания р-и-переходов;Это позволяет упростить технологию изготовления полупроводниковых приборов и улучшить их характеристики.формула изобретенияСпособ изготовления р-и-переходов путем расплава поверхностного слоя полупроводникового материала импуль-сами лазерного излучения с последующей рекристаллизацией расплава охлаждением, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью получения стабильных резких р-и-переходов в полупроводниковых монокристаллических пластинах с примесной проводимостью,расплав поверхностного слоя производят импульсами лазерного излучения с энергией 0,1-0,5 Дж/мм; длительностью 2-9 мс, а охлажденизе расплава проводят со скоростью 1010 фград/с.