Способ получения полупроводниковых структур

Сфктз Севвтскнх Соцналнстнческнх РвсаублнкОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЙТВЛЬСТВУ(51) М. Кл. Н 01 1, 21/368 Гввуарвтввннай квкнтвт Свввтв Министров СССР нв двлан нзвбрвтвний н еткрктнй(72) Авторы изобретения В. А. Геворкян, Л. В, Голубев, В. Н. Каряев и Ю. В. Шмарцев Ордена Ленина физико-технический институт им. А. ф. Иоффе(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР Изобретение относится к технологии полупроводниковых материалов и может найти применение при создании сложных полупроводниковых структур и приборов.Жидкофазная апитаксия как метод иэго-товления совершенных слоев полупроводников с рекордными алектрофизическнми параметрами является одним из перспективных направлений развития технологии полупроводниковых материалов. таМетод жидкофазной апитаксии для попучения многослойных структур на основе бинарных соединений полупроводников и их твердых растворов с закономерно изменяющимся химическим составом поэво- тЗ ляет создать ряд новых приборов, например активный элемент для усиления и генерации электромагнитных колебаний в различных радиотехнических схемах, практически не имеющих частотных огра 20 ничений, генератор частоты и частотный фильтр в ИК области спектра и т, д.Для управления химическим составом и толщиной слоя в процессе роста многос лойной стуктуры известны два метода 25 жидкофаэной апитаксии; метод иэотермического смешивания тт метод электрожидко.тной апитаксии.Процесс получения полупроводниковыхостуктур по методу изотермического смешивания включает две операции: смешиваниепри заданной температуре насыщенныхрастворов расплавов различного состава(используется твердый раствор АСйц Аас различным значением х) для обраэова 11.ния пересыщенного при данной температуре раствора-расплава и нанесение егона поверхность подложки для осажденыслоя твердого раствора 11,Однако в таком способе необходимасмена раствора-расплава на подложке впроцессе выращивания слоев, что, какпоказывает аксперимент, ограничиваетуправление амплитудой модуляции и нериодом, а также воспроизводимость укаэанныххарактеристик по толщине структур.Известен также способ получения полупроводниковых стуктур на основе твердых растворов бинарных соединений мето,дом жидкофаэной апитаксии в кристаллиз ационной системе, состоящей из подложки, раствор-расплава Ь источника примесей, путем пропускания постоянного элекгрического тока через кристаллизационную систему - метод электрожидкофазной эпи таксии Я 3, Этот метод позволяет эффективнее управлять составом. выращиваемого слоя и обеспечивает получение структур с практически неограниченным числом слоев. К преимуществам использования термоэлектрических эффектов при 1 О .изготовлении многослойных структур, на. промер эффекта Пельтье, следует отнести его практическую безынерционность и гибкость управления процессом кристаллизации. 15В методе электрожидкостной эпитаксии, через систему источник-раствор-расплав- подложка пропускают импульсы пост оян ного электрического тока, имеющего такое направление, что на границе разде 20 ла источник - растворасплав выделяет", ся тэйло Пельтьеу а цю. 1"анице раствор расплав - подложка поглощается такое же количество тепла. Под .действием теп- ла Пельтье происходит растворение слоя 25 источника, толщина которого определяется количествам выделившегося тепла, т. е. величиной и длительностью импульса тока, В то же время на другой границе раздела температура понижается и раст- ЗО вор расплав оказывается нересьпценным относительно компонент, насыщавших жидкую фазу (компоненты твердого раствора А 6, бо, ЬЬ .). На подложке начинаетси, кристаллизация слоя твердого рствора, ЗЮ причем концентрация алюминия в переходном слое уменьшается, так как коэффициент сегрегации у алюминии много боль ше, чем у галли 5. После прекращения подачи импульса тока состав, жидкой фазы 4 О выравнивается и кристаллизация прекращается. Процесс повторяют до получения заданного числа слоев, Существенным недостатком этого способа является нади чие флуктуаций температуры в процессе ростаь Вследствие того, что омическое . сопротивление кристаллизационной системы имеет конечную величину, при включении и выключении электрического тока проис 1ходит соответственно нагрев и охлаждение 5 системы за счет эффекта Джоуля. Кодебанни температуры, приводят к нмтабильости фронта кристаллизации и обуславвают неудовлетворительное качество раниц раздела между слоями стуктурым. 55 ,Кроме того, в результате неконтролируемо- го охлаждения системы, происходящего после выключения тока, меет место неуправляемый рост слоя, что существенно снижает степень воспроизводимости глубины модуляции химического состава вслоях,Цель изобретения- уменьшение дефектности границ раздела между наращиваемыми слоями структуры и обеспечение управ.ленни глубиной модуляции состава по толщине, слоя структуры.Это достигается тем, что постоянныйэлектрический ток пропускают импульсами противоположной полярности.с одинаковой амплитудой и длительностью прямого импульса, обеспечивающей кристаллизацию на подложке, а длительностью обоатного импульса - растворение выросшего на подложке слоя, которую выбирадтиз соотношенийпр оврпр -где 6 , - длительность прямого импульса,"- длительность обратного импульса;М - скорость роста слоя структуры,3 заДанная толщина выращиваемогослои структуры,Г,- характерное время диффузии.П р и м е р. При рабочей температурре Траствор-расплав насыщают компонентами источника, имеюшего составА , В, С. Насыщенный растворрасйлав приводят в кон"гакт с подложкой ичерез систему подложка - раствор-расплаисточник пропускают импульсы постоянного электрического тока различной полярности и одинаковой амплитуды, В резуль,тате пропускания 1 с". - прямом напраленин проифодит рост слоя твердогораствора, причем за время -,- 3 й концентрация компонентов твердого раствораимеющая больший коэффициент сегрегации, изменяется по тслшине переходногослоя от максимального значения Х О ь ху подложки до значения Хо . Начинаяс момента времени г ЪУсостав выращиваемого слоя равен составу источника1 АВ С. В момент времени +Ж,1 р, мейяют полярность тока, протекаю.щего в системе. Длительность импульсаобратного направления определяют изусловий .обеспечения необходимой глубины модуляции состава твердого растворано толщине слоя. В течение времени 1 =,р, происходит растворение выросшегослоя на заданну;о толщину. Процесс повторяют до получения требуемого числаслоев.Сргласно описанному способу былиполучены многослойные структуры наоснове твердого раствораАСцбф.В качестве подложки использовали много