RU2297690C1 - Method for manufacturing superconductor heterostructure around a3b5 compounds by way of liquid-phase epitaxy - Google Patents

Method for manufacturing superconductor heterostructure around a3b5 compounds by way of liquid-phase epitaxy Download PDF

Info

Publication number
RU2297690C1
RU2297690C1 RU2005132805/28A RU2005132805A RU2297690C1 RU 2297690 C1 RU2297690 C1 RU 2297690C1 RU 2005132805/28 A RU2005132805/28 A RU 2005132805/28A RU 2005132805 A RU2005132805 A RU 2005132805A RU 2297690 C1 RU2297690 C1 RU 2297690C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
grown
epitaxial layer
melt
solution
Prior art date
Application number
RU2005132805/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Федор Юрьевич Солдатенков (RU)
Федор Юрьевич Солдатенков
Original Assignee
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН filed Critical Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
Priority to RU2005132805/28A priority Critical patent/RU2297690C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2297690C1 publication Critical patent/RU2297690C1/en

Links

Abstract

FIELD: methods for manufacturing heterostructure around A3B5 compounds by way of epitaxy.
SUBSTANCE: proposed method for manufacturing semiconductor heterostructure by way of epitaxy includes growth of epitaxial layer of desired thickness h0 mismatched over lattice perimeter with material whereon it is grown; prior to do so, experimental calibration curve is constructed for given growth system showing maximal layer thickness hmax at which its epitaxial growth still takes place as function of relative mismatch f between lattices at known mechanical strength of layer specified by Poisson's ratio, design calibration curve of minimal layer thickness hmin as function of lattice relative mismatch f at known mechanical strength of layer specified by Poisson's ratio is constructed, and relative lattice mismatch f of materials being joined at which h0 meets expression hmin < h0 < hmax, μm is chosen.
EFFECT: ability of generating sufficient number of effective recombination centers in base layers of device.
13 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к импульсной и высокочастотной микроэлектронной технике, а более конкретно к способам изготовления полупроводниковых структур из соединений А3B5, а также из соединений А2B6, А4В4 и А4В6 методами эпитаксии.The invention relates to pulsed and high-frequency microelectronic technology, and more particularly to methods for manufacturing semiconductor structures from compounds A 3 B 5 , as well as from compounds A 2 B 6 , A 4 B 4 and A 4 B 6 by epitaxy methods.

Во многих типах полупроводниковых приборов и особенно в приборах мощной импульсной и высокочастотной техники для повышения их быстродействия требуется уменьшать времена жизни неравновесных носителей заряда (ННЗ) в базовых слоях прибора без потери рабочих напряжений (напряжения переключения в тиристорах и обратных рабочих напряжений в диодах) и заметного роста прямых падений. Для этих целей в слаболегированных частях приборной структуры создают эффективные рекомбинационные центры различными способами.In many types of semiconductor devices, and especially in devices of powerful pulsed and high-frequency technology, to increase their speed, it is necessary to reduce the lifetime of nonequilibrium charge carriers (NEC) in the base layers of the device without loss of operating voltages (switching voltage in thyristors and reverse operating voltage in diodes) and noticeable growth of direct falls. For these purposes, in the lightly doped parts of the instrument structure, efficient recombination centers are created in various ways.

Прежде всего, эффективные рекомбинационные центры создают легированием полупроводников примесями, ответственными за появление эффективных рекомбинационных центров, в процессе выращивания кристаллов или диффузионным методом, например, при легировании германия золотом, а также кремния золотом или платиной.First of all, effective recombination centers are created by doping semiconductors with impurities responsible for the appearance of effective recombination centers during crystal growth or by the diffusion method, for example, when doping germanium with gold, as well as silicon with gold or platinum.

Другой путь - генерация собственных точечных дефектов и дислокаций в слоях путем, например, имплантации электронов, протонов, ионов и т.д.Another way is the generation of intrinsic point defects and dislocations in layers by, for example, implantation of electrons, protons, ions, etc.

При изготовлении приборов на основе бинарных полупроводников применение данных процессов затруднено из-за сложностей получения относительно чистого объемного (подложечного) материала, пригодного для силовой техники, что определяет преимущественное использование эпитаксиальных методов выращивания. Кроме того, в эпитаксиальных слоях нелегированного материала на основе соединений А3В5 и других многокомпонентных полупроводниковых соединений появление глубокоуровневых ловушек, как правило, связано с собственными дефектами. Поэтому при изготовлении структур быстродействующих приборов на основе нелегированных слоев многокомпонентных полупроводниковых соединений представляется уместным использовать свойства и особенности образования собственных точечных и линейных дефектов в данных эпитаксиальных слоях.In the manufacture of devices based on binary semiconductors, the use of these processes is difficult due to the difficulties of obtaining a relatively pure bulk (substrate) material suitable for power engineering, which determines the predominant use of epitaxial growing methods. In addition, in the epitaxial layers of undoped material based on compounds A 3 B 5 and other multicomponent semiconductor compounds, the appearance of deep-level traps is usually associated with intrinsic defects. Therefore, in the fabrication of structures of high-speed devices based on undoped layers of multicomponent semiconductor compounds, it seems appropriate to use the properties and features of the formation of intrinsic point and linear defects in these epitaxial layers.

Одним из способов изменения ансамбля собственных дефектов в эпитаксиальных пленках является изовалентное легирование (см., например, V.V.Chaldyshev and S.V.Novikov. Isovalent impurity doping of direct-gap III-V semiconductor layers. In: Semiconductor technology: Processing and novel fabrication techniques. Ed. by M.Levinshtein and M.Shur. John Wiley & Sons, Inc., 1997, p.165-194).One way to change the ensemble of intrinsic defects in epitaxial films is isovalent doping (see, e.g., VVChaldyshev and SV Novikov. Isovalent impurity doping of direct-gap III-V semiconductor layers. In: Semiconductor technology: Processing and novel fabrication techniques. Ed . by M. Levinshtein and M. Shur. John Wiley & Sons, Inc., 1997, p. 165-194).

При постепенном увеличении содержания изовалентных примесей в слоях сначала происходит улучшение кристаллического совершенства эпитаксиальных пленок и, как правило, уменьшение содержания электрически активных глубокоуровневых центров в них. Затем по мере увеличения концентрации изовалентного компонента в упругодеформированных слоях наблюдается постепенное увеличение концентрации и появление новых электрически активных глубокоуровневых дефектов. При дальнейшем увеличении рассогласования по параметру решетки слоя и подложки и достижении так называемых критических напряжений происходит частичная релаксация упругих напряжений с образованием дислокаций несоответствия (ДН). При некоторых еще больших значениях рассогласования происходит интенсивная пластическая деформация слоя твердого раствора, при этом остаточные внутренние напряжения достигают своего максимального значения, а плотность ДН резко возрастает; в этом случае, как правило, происходит частичное или полное разрушение слоя полупроводникового материала.With a gradual increase in the content of isovalent impurities in the layers, the crystal perfection of the epitaxial films first improves and, as a rule, the content of electrically active deep-level centers in them improves. Then, as the concentration of the isovalent component in the elastically deformed layers increases, a gradual increase in the concentration and the appearance of new electrically active deep-level defects are observed. With a further increase in the mismatch in the lattice parameter of the layer and the substrate and the achievement of the so-called critical stresses, partial relaxation of the elastic stresses occurs with the formation of misfit dislocations (MDs). For some even larger values of the mismatch, intense plastic deformation of the solid solution layer occurs, while the residual internal stresses reach their maximum values, and the density of the disks increases sharply; in this case, as a rule, partial or complete destruction of the semiconductor material layer occurs.

Появление ДН в слоях обычно стимулирует генерацию дополнительных дефектов и, соответственно, глубокоуровневых ловушек. Кроме того, такие избыточные (дополнительные) дефекты, как ДН, могут иметь свойства ловушек для носителей заряда. Таким способом можно изменять времена жизни носителей заряда в полупроводниковых слоях и, соответственно, быстродействие приборов на их основе.The appearance of MDs in the layers usually stimulates the generation of additional defects and, accordingly, deep-level traps. In addition, such excess (additional) defects as MDs can have the properties of traps for charge carriers. In this way, one can change the lifetimes of charge carriers in semiconductor layers and, accordingly, the speed of devices based on them.

Данный подход к изготовлению описанных ниже гетероэпитаксиальных структур универсален и применим в различных гетеросистемах, не только на основе соединений А3B5, но и А2B6, А4B4 или А4B6. Кроме того, такой способ применим вне зависимости от метода эпитаксиального выращивания, который выбирают в зависимости от требований конкретных приборных применений.This approach to the manufacture of the heteroepitaxial structures described below is universal and applicable in various heterosystems, not only based on compounds A 3 B 5 , but also A 2 B 6 , A 4 B 4 or A 4 B 6 . In addition, this method is applicable regardless of the method of epitaxial growth, which is selected depending on the requirements of specific instrument applications.

Известны и широко используются эпитаксиальные методы получения монокристаллических слоев для изготовления различных полупроводниковых приборов. Основное распространение получили газофазная эпитаксия (ГФЭ), газофазная эпитаксия из металлорганических соединений (МОС-гидридный метод), молекулярно-пучковая (МПЭ) и жидкофазная эпитаксия (ЖФЭ).Known and widely used epitaxial methods for producing single crystal layers for the manufacture of various semiconductor devices. The main distribution was gas phase epitaxy (HFE), gas phase epitaxy from organometallic compounds (MOS hydride method), molecular beam (MPE), and liquid phase epitaxy (LPE).

МОС-гидридный метод и метод МПЭ позволяют наносить с высокой точностью тонкие слои, что используется для изготовления низковольтных высокочастотных приборов (до ~20 В). Скорость роста слоев в этих методах довольно низка, поэтому для выращивания слоев более 1 мкм требуются большие времена процесса, что, кроме того, увеличивает себестоимость технологического процесса.The MOS hydride method and the MPE method allow thin layers to be deposited with high accuracy, which is used for the manufacture of low-voltage high-frequency devices (up to ~ 20 V). The growth rate of the layers in these methods is quite low, therefore, for growing layers of more than 1 μm, large process times are required, which, in addition, increases the cost of the process.

Для приборов силовой техники требуются довольно протяженные слои с низкой концентрацией примеси и высокой подвижностью носителей. Для этих целей подходят методы ЖФЭ и ГФЭ (хлоридный метод), однако метод ГФЭ дает недостаточно воспроизводимые результаты (особенно по толщинам слоев). Метод ЖФЭ привлекает крайне низкой себестоимостью технологического процесса, простотой оборудования и возможностью выращивания многокомпонентных соединений.For power engineering devices, rather long layers with a low impurity concentration and high carrier mobility are required. The HPE and HFE methods (chloride method) are suitable for these purposes, but the HFE method gives insufficiently reproducible results (especially for layer thicknesses). The LPE method attracts with the extremely low cost of the process, the simplicity of equipment and the ability to grow multicomponent compounds.

Основным материалом быстродействующей полупроводниковой электроники до сих пор остается кремний. В последнее время ведущие мировые фирмы-производители кремниевых приборов начали чаще использовать альтернативные полупроводниковые материалы, поскольку кремний как материал уже не вполне удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к приборам, работающим на высоких частотах, включая высокую скорость переключения, низкое падение прямого напряжения, возможность работы при высоких температурах, а также радиационная стойкость. Поэтому появился закономерный интерес к другим материалам, более широкозонным, таким как GaAs, SiC, алмаз и др.The main material for high-speed semiconductor electronics is still silicon. Recently, the world's leading manufacturers of silicon devices have begun to use alternative semiconductor materials more often, since silicon as a material no longer fully meets all the requirements for devices operating at high frequencies, including high switching speed, low forward voltage drop, and the ability to work with high temperatures, as well as radiation resistance. Therefore, there was a logical interest in other materials, wider-gap, such as GaAs, SiC, diamond, etc.

Известен способ получения плавных GaAs высоковольтных p-i-n переходов методом жидкофазной эпитаксии (см. патент US №5733815, МПК H01L 21/20, опубликован 31.03.1998 г.), включающий нагрев исходной шихты до образования насыщенного раствора-расплава ее компонентов, взаимодействие раствора-расплава с газовой смесью, включающий водород, пары воды и продукты реакций между водородом и парами воды с раствором-расплавом и с двуокисью кремния, заполнение арсенид-галлиевой подложки полученным раствором-расплавом и их последующим принудительным охлаждением для выращивания эпитаксиального слоя GaAs.A known method of producing smooth GaAs high-voltage pin junctions by liquid phase epitaxy (see US patent No. 5733815, IPC H01L 21/20, published March 31, 1998), including heating the initial charge to form a saturated solution-melt of its components, interaction of the solution-melt with a gas mixture, including hydrogen, water vapor and the reaction products between hydrogen and water vapor with a melt solution and silicon dioxide, filling the gallium arsenide substrate with the obtained melt solution and their subsequent forced cooling to dissolve schivaniya epitaxial layer GaAs.

В известном способе за счет контролируемого введения паров воды в ростовую камеру во время процесса выращивания эпитаксиальной структуры удалось уменьшить эффективные времена жизни носителей заряда для GaAs p-i-n диодных структур до 15-60 нс; при этом время выключения диодов составляло 30-70 нс, что, отметим, на настоящее время сравнимо с параметрами выключения лучших кремниевых диодных выпрямителей при комнатной температуре. Таким образом, данный известный способ позволяет создавать высоковольтные GaAs структуры, однако не обеспечивает изготовление диодов на их основе, существенно превосходящих по быстродействию лучшие кремниевые аналоги. Это может быть связано с тем, что при данном известном способе изготовления диодных GaAs p-i-n структур количества создаваемых дополнительных рекомбинационных центров с их свойствами (сечения захвата основных и неосновных носителей энергии активации) недостаточно для еще большего повышения быстродействия диодов.In the known method, due to the controlled introduction of water vapor into the growth chamber during the process of growing the epitaxial structure, it was possible to reduce the effective carrier lifetimes for GaAs p-i-n diode structures to 15-60 ns; the diode off time was 30-70 ns, which, we note, is currently comparable to the shutdown parameters of the best silicon diode rectifiers at room temperature. Thus, this known method allows the creation of high-voltage GaAs structures, but does not provide for the manufacture of diodes based on them, significantly superior in speed to the best silicon analogues. This may be due to the fact that with this known method of manufacturing GaAs p-i-n diode structures, the number of additional recombination centers created with their properties (capture cross sections of the main and minor carriers of activation energy) is not enough to further increase the performance of the diodes.

В работе (Л.С.Берман, В.Г.Данильченко, В.И.Корольков, Ф.Ю.Солдатенков. - Глубокоуровневые центры в нелегированных слоях p-GaAs, выращенных методом жидкофазной эпитаксии. - ФТП, 2000, т.34, вып.5, стр.558-561) был применен другой способ повышения быстродействия приборов на основе слаболегированного GaAs. Показано, что в результате замены водорода на аргон во время проведения ростового процесса происходит изменение спектра глубокоуровневых ловушек в слоях слаболегированного GaAs, ответственных за рекомбинацию ННЗ, за счет изменения ансамбля собственных точечных дефектов в эпитаксиальных слоях, а именно - появление дефекта EL2, имеющего большие сечения захвата носителей заряда, что приводит к резкому уменьшению эффективных времен жизни ННЗ (с 200-250 нс до 25-30 нс). Несмотря на существенное уменьшение времен жизни ННЗ в слоях GaAs, полученных известным способом, данный способ не обеспечивает изготовление достаточно быстродействующих приборов.In the work (L.S.Berman, V.G.Danilchenko, V.I. Korolkov, F.Yu.Soldatenkov. - Deep-level centers in undoped p-GaAs layers grown by liquid-phase epitaxy. - FTP, 2000, v. 34 5, pp. 558-561), another method was used to increase the performance of devices based on lightly doped GaAs. It has been shown that, as a result of replacing hydrogen with argon during the growth process, the spectrum of deep-level traps in the layers of lightly doped GaAs responsible for the recombination of low-temperature nanocrystals changes due to a change in the ensemble of intrinsic point defects in the epitaxial layers, namely, the appearance of an EL2 defect with large cross sections the capture of charge carriers, which leads to a sharp decrease in the effective lifetime of the NSC (from 200-250 ns to 25-30 ns). Despite a significant decrease in the lifetime of NNZ in GaAs layers obtained in a known manner, this method does not provide the manufacture of sufficiently high-speed devices.

Известен способ регулирования быстродействия GaAs приборов при помощи облучения гамма-квантами (В.Г.Данильченко, В.И.Корольков, Ю.Н.Лузин, С.И.Пономарев, А.В.Рожков, Г.И.Цвилев. - Использование облучения γ-квантами для регулирования быстродействия высоковольтных арсенид-галлиевых приборов. - Электронная техника. Сер. Электровакуумные и газоразрядные приборы, 1981, вып.5 (88), стр.30-32). В известном способе в результате облучения гамма-квантами Со60 возникают радиационные дефекты, уменьшающие времена жизни ННЗ, что позволило уменьшить времена восстановления высоковольтных GaAs диодов с 200-250 нс до 40-50 нс, что не является удовлетворительной величиной в настоящее время. Кроме того, к недостаткам можно отнести существенное возрастание прямых падений напряжения с увеличением дозы облучения.A known method of controlling the speed of GaAs devices by irradiation with gamma rays (V.G. Danilchenko, V.I. Korolkov, Yu.N. Luzin, S.I. Ponomarev, A.V. Rozhkov, G.I. Tsvilev. - The use of γ-ray irradiation to control the speed of high-voltage gallium arsenide devices. - Electronic Technology. Ser. Electrovacuum and gas-discharge devices, 1981, issue 5 (88), pp. 30-32). In the known method, as a result of irradiation with Co 60 gamma rays, radiation defects occur that shorten the lifetime of the NCD, which reduced the recovery times of high-voltage GaAs diodes from 200-250 ns to 40-50 ns, which is not a satisfactory value at present. In addition, a significant increase in direct voltage drops with increasing radiation dose can be attributed to the disadvantages.

Известен способ изготовления быстродействующих силовых GaAs диодов с барьером Шоттки (см. патент US №5622877, МПК H01L 21/265, опубликован 22.04.1997 г.), включающий изготовление GaAs слоя с концентрацией доноров менее 5·1015 см-3 толщиной более 3 мкм на сильнолегированном GaAs, с концентрацией доноров более чем 1·1018 см-3, химическое осаждение на указанный слой барьерного электрода в виде эпитаксиального слоя никеля толщиной от 0.05 до 0.5 мкм, нанесение проводящего металлического слоя на указанный барьерный электрод и формирование омического контакта на сильнолегированном GaAs.A known method of manufacturing high-speed power GaAs diodes with a Schottky barrier (see US patent No. 5622877, IPC H01L 21/265, published 04/22/1997), comprising the manufacture of a GaAs layer with a donor concentration of less than 5 · 10 15 cm -3 thickness of more than 3 μm on heavily doped GaAs, with a donor concentration of more than 1 · 10 18 cm -3 , chemical deposition on the specified layer of the barrier electrode in the form of an epitaxial nickel layer with a thickness of 0.05 to 0.5 μm, the deposition of a conductive metal layer on the specified barrier electrode and the formation of an ohmic contact on strongweed doped with GaAs.

Диоды Шоттки имеют известные преимущества по сравнению с р-n и p-i-n диодами: прямые падения напряжения на барьерах Шоттки существенно меньше, чем на р-n переходах, и могут достигать значений 0.5-0.6 В при больших плотностях тока; кроме того, перенос носителей через барьер Шоттки осуществляется основными носителями заряда, исключая относительно медленные процессы инжекции и рекомбинации неосновных носителей заряда, что позволяет осуществлять более быстрое переключение приборов. Основным недостатком диодов Шоттки являются их большие токи утечки при обратном смещении по сравнению с р-n переходами, что делает неэффективным выпрямление при некоторых условиях, особенно при повышенных температурах. Кроме того, максимальные блокирующие напряжения GaAs барьеров Шоттки не превышают 150 В. Учитывая вышеперечисленные недостатки, наилучшими по быстродействию в классе силовых высоковольтных диодов в настоящее время являются GaAs диоды Шоттки, изготавливаемые по известному способу, которые имеют следующие параметры (http://www.ixysrf.com/pdf/briefs/250vGaAsDiodeBrief.pdf): время выключения - около 15 нс; прямые токи ~5 А; токи утечки при обратном смещении - до 1.5 мА. В настоящее время требуются еще более быстродействующие приборы такого класса.Schottky diodes have well-known advantages in comparison with pn and p-i-n diodes: direct voltage drops at Schottky barriers are much smaller than at pn junctions, and can reach values of 0.5-0.6 V at high current densities; in addition, carrier transfer through the Schottky barrier is carried out by the main charge carriers, excluding the relatively slow processes of injection and recombination of minority charge carriers, which allows faster switching of devices. The main disadvantage of Schottky diodes is their high leakage currents at reverse bias compared to pn junctions, which makes rectification ineffective under certain conditions, especially at elevated temperatures. In addition, the maximum blocking voltage of the Schottky GaAs barriers does not exceed 150 V. Given the above disadvantages, GaAs Schottky diodes manufactured by the known method, which have the following parameters, are currently the best in speed in the class of high-voltage power diodes (http: // www. ixysrf.com/pdf/briefs/250vGaAsDiodeBrief.pdf): off time - about 15 ns; direct currents ~ 5 A; leakage currents with reverse bias - up to 1.5 mA. Currently, even faster devices of this class are required.

Задачей заявляемого изобретения являлась разработка такого способа изготовления полупроводниковой гетероструктуры методом жидкофазной эпитаксии, который бы обеспечил генерацию достаточного количества эффективных рекомбинационных центров в базовых слоях прибора, воспроизводимого получения полупроводниковых приборов с малыми временами выключения для импульсной и высокочастотной электронной техники.The objective of the invention was the development of such a method of manufacturing a semiconductor heterostructure by liquid phase epitaxy, which would ensure the generation of a sufficient number of effective recombination centers in the base layers of the device, reproducible to obtain semiconductor devices with short shutdown times for pulsed and high-frequency electronic equipment.

Поставленная задача решается тем, что способ изготовления полупроводниковой гетероструктуры методом эпитаксии включает выращивание эпитаксиального слоя заданной толщины h0, рассогласованного по параметру решетки с материалом, на котором осуществляют выращивание упомянутого слоя, при этом предварительно для данной ростовой системы строят экспериментальную градуировочную кривую зависимости максимальной толщины слоя hmax, при которой еще происходит его эпитаксиальный рост, от величины относительного рассогласования решеток f при известной механической прочности слоя, задаваемой коэффициентом Пуассона ν, строят расчетную градуировочную кривую зависимости минимальной толщины слоя hmin от величины относительного рассогласования решеток f при известной механической прочности слоя, задаваемой коэффициентом Пуассона ν, по выражению:The problem is solved in that the method of manufacturing a semiconductor heterostructure by epitaxy involves growing an epitaxial layer of a given thickness h 0 , mismatched according to the lattice parameter with the material on which the said layer is grown, while an experimental calibration curve for the maximum layer thickness is preliminarily constructed for this growth system h max, at which it has the epitaxial growth occurs, the magnitude of the relative misalignment of lattices at f estno mechanical strength of the layer defined by the Poisson's ratio ν, construct a calibration curve calculated minimum thickness h min layer from the relative misalignment of lattices f is known and the mechanical strength of the layer defined by the Poisson's ratio ν, by the expression:

Figure 00000001
Figure 00000001

где b - модуль вектора Бюргерса, мкм;where b is the module of the Burgers vector, microns;

ν - коэффициент Пуассона для выращиваемого слоя;ν - Poisson's ratio for the grown layer;

f=(а12)/а2 - относительное рассогласование решеток;f = (a 1 -a 2 ) / a 2 - relative mismatch of the gratings;

а1 и а2 - параметры решеток сопрягаемых материалов гетероструктуры;a 1 and a 2 are the lattice parameters of the mating materials of the heterostructure;

и при заданной толщине h0 выращиваемого слоя выбирают такое относительное рассогласование решеток сопрягаемых материалов f, при котором h0 удовлетворяет выражению:and for a given thickness h 0 of the grown layer, choose a relative mismatch of the lattices of the mating materials f, in which h 0 satisfies the expression:

hmin<h0<hmax, мкм.h min <h 0 <h max , μm.

В результате заявляемым способом выращивают такую приборную гетероэпитаксиальную структуру, в которой толщина h0 и параметр решетки слоя соотносятся таким образом, что превышаются критические величины напряжений из-за несоответствия постоянных решетки слоя и подложки, на котором производится рост, приводящие к началу пластической деформации данного упруго деформированного слоя. При этом напряжения в структуре не достигают величин критических скалывающих напряжений, приводящих к интенсивной пластической деформации и, соответственно, к неэпитаксиальному, немонокристаллическому росту или механическому разрушению этого слоя.As a result, the inventive method grows such an instrument heteroepitaxial structure in which the thickness h 0 and the lattice parameter of the layer are correlated in such a way that critical stresses are exceeded due to the mismatch of the lattice constants of the layer and the substrate on which growth occurs, leading to the onset of plastic deformation of this elastically deformed layer. In this case, the stresses in the structure do not reach critical shear stresses leading to intense plastic deformation and, accordingly, to non-epitaxial, non-monocrystalline growth or mechanical destruction of this layer.

В основу заявляемого способа положен сравнительно простой прием уменьшения эффективных времен жизни ННЗ путем контролируемого создания дополнительных собственных дефектов в базовых слоях полупроводниковых приборов, возникающих из-за рассогласования по параметру решетки сопрягаемых материалов, из которых изготавливают гетероструктуры. Это решается путем контроля величины рассогласования по параметру решетки гетерокомпозиции и толщины гетероэпитаксиального слоя. Простейший случай такой гетероструктуры - эпитаксиальный слой твердого раствора на основе бинарного соединения с изовалентным замещением одного из компонентов, выращенный на подложке данного бинарного соединения. Для этого случая вычисление hmin упрощается, поскольку выражения для относительного рассогласования f и коэффициента Пуассона ν становятся простыми линейными функциями от x (f=x·(аАСВС)/аВС и ν=νВС+х·(νАВВС) для соединения твердого раствора AxB1-xC). Поэтому зависимость для hmin можно выразить через состав твердого раствора х.The basis of the proposed method is a relatively simple technique for reducing the effective lifetime of NNZ by controlled creation of additional intrinsic defects in the base layers of semiconductor devices that arise due to a mismatch in the lattice parameter of the mating materials from which the heterostructures are made. This is solved by controlling the magnitude of the mismatch in the lattice parameter of the heterocomposition and the thickness of the heteroepitaxial layer. The simplest case of such a heterostructure is an epitaxial layer of a binary compound-based solid solution with isovalent substitution of one of the components grown on the substrate of this binary compound. For this case, the calculation of h min is simplified, since the expressions for the relative mismatch f and the Poisson's ratio ν become simple linear functions of x (f = x · (and AC-a BC ) / a BC and ν = ν BC + x · (ν ABBC ) for connecting the solid solution A x B 1-x C). Therefore, the dependence for h min can be expressed in terms of the composition of the solid solution x.

Выращивание эпитаксиального слоя заявляемым способом может быть осуществлено методом жидкофазной эпитаксии, при котором выращивание эпитаксиального слоя осуществляют путем нагрева исходной шихты до образования насыщенного раствора-расплава ее компонентов, взаимодействия раствора-расплава с газовой смесью, включающей водород, пары воды и продукты реакций между водородом и парами воды с упомянутым раствором-расплавом и с двуокисью кремния, заполнения поверхности по меньшей мере одной подложки полученным раствором-расплавом с их последующим принудительным охлаждением до комнатной температуры. Выращивание слоя может быть осуществлено в кассете сливного типа, изготовленной, например, из кварца.The growth of the epitaxial layer of the claimed method can be carried out by liquid-phase epitaxy, in which the growth of the epitaxial layer is carried out by heating the initial mixture to form a saturated solution-melt of its components, the interaction of the solution-melt with a gas mixture comprising hydrogen, water vapor and reaction products between hydrogen and water vapor with the aforementioned molten solution and with silicon dioxide, filling the surface of at least one substrate with the obtained molten solution with their eduyuschim forced cooling to room temperature. The cultivation of the layer can be carried out in a drain-type cartridge made, for example, of quartz.

Выращивание эпитаксиального слоя заявляемым способом может быть осуществлено методом жидкофазной эпитаксии в графитовой кассете, например, поршневого типа, при котором выращивание эпитаксиального слоя осуществляют путем нагрева исходной шихты до образования насыщенного раствора-расплава ее компонентов (включая добавки одного или нескольких редкоземельных элементов в количестве не более 0,1 ат.%), проведения отжига раствора-расплава, создания пересыщения путем принудительного охлаждения раствора-расплава, заполнения поверхности подложки полученным раствором-расплавом с последующим принудительным охлаждением до выбранной температуры, при которой прекращают рост данного слоя либо сдергиванием расплава со слоя, либо путем замещения данного расплава другим.The growth of the epitaxial layer of the claimed method can be carried out by liquid-phase epitaxy in a graphite cartridge, for example, a piston type, in which the epitaxial layer is grown by heating the initial charge to form a saturated solution-melt of its components (including the addition of one or more rare-earth elements in an amount of not more than 0.1 at.%), Annealing the melt solution, creating supersaturation by forced cooling of the melt solution, filling the surface under ozhki resulting solution followed by melt-forced cooling to a selected temperature at which terminates growth of the layer or layer from the melt sdergivaniem or by substitution of other melt.

Выращивание эпитаксиального слоя заявляемым способом может быть осуществлено также методом молекулярно-пучковой эпитаксии, или методом газофазной эпитаксии, или иным методом эпитаксиального выращивания.The growth of the epitaxial layer of the claimed method can also be carried out by the method of molecular beam epitaxy, or by the method of gas-phase epitaxy, or other method of epitaxial growth.

Эпитаксиальный слой может быть выращен на монокристаллическом GaAs в виде тройного соединения A3хGa1-xAs, где А3 - элемент 3-й группы периодической системы элементов, или тройного соединения InxGa1-xAs, или в виде тройного соединения GaAs1-xB5x, где В5 - элемент 5-й группы периодической системы элементов, или в виде тройного соединения GaAs1-xSbx, или в виде четверного соединения А3xGa1-xAs1-yB5у.The epitaxial layer can be grown on single-crystal GaAs in the form of a triple compound A 3 x Ga 1-x As, where A 3 is an element of the 3rd group of the periodic system of elements, or a triple compound In x Ga 1-x As, or as a triple compound GaAs 1-x B 5 x , where B 5 is an element of the 5th group of the periodic system of elements, either as a ternary compound GaAs 1-x Sb x , or as a quaternary compound A 3 x Ga 1-x As 1-y B 5 y .

Гетероэпитаксиальный слой твердого раствора GaAs может быть выращен на подложке GaAs р-типа проводимости, легированной Zn до концентрации (1-5)•1018 см-3, или на подложке GaAs n-типа проводимости, легированной Sn или Si до концентрации (0,5-5,0)•1018 см-3, или на полуизолирующей подложке GaAs, легированной Cr или нелегированной, или на буферном слое р-типа или n-типа проводимости, например GaAs или его твердого раствора, выращенного на GaAs подложке.A heteroepitaxial layer of a GaAs solid solution can be grown on a p-type GaAs substrate doped with Zn to a concentration of (1-5) 10 18 cm -3 , or on an n-type GaAs substrate doped with Sn or Si to a concentration (0, 5-5.0) • 10 18 cm -3 , either on a semi-insulating GaAs substrate doped with Cr or undoped, or on a p-type or n-type buffer layer, for example, GaAs or its solid solution grown on a GaAs substrate.

Изготовление приборной структуры может быть осуществлено либо путем наращивания одного или нескольких легированных эпитаксиальных слоев на описываемый слаболегированный эпитаксиальный слой, либо путем создания барьера Шоттки на нем.The fabrication of the instrument structure can be carried out either by building up one or more doped epitaxial layers on the described lightly doped epitaxial layer, or by creating a Schottky barrier on it.

В настоящее время наилучшими по быстродействию и совокупности других приборных характеристик являются приборы, изготовленные из GaAs. Поэтому предложенный способ был опробован на примере гетероэпитаксиальных систем на базе твердых растворов GaAs и высоковольтных приборов на их основе, таких как диоды и оптотиристоры.Currently, the best in speed and a combination of other device characteristics are devices made from GaAs. Therefore, the proposed method was tested on the example of heteroepitaxial systems based on GaAs solid solutions and high-voltage devices based on them, such as diodes and optothyristors.

Пример 1. Получали диодные p-i-n структуры на основе гетероэпитаксиального слоя InxGa1-xAs, выращенного на подложке GaAs методом ЖФЭ.Example 1. Received diode pin structure based on a heteroepitaxial layer In x Ga 1-x As grown on a GaAs substrate by HPE.

Для диодов на напряжения пробоя 300-500 В необходимы слои слаболегированного материала толщиной около 50 мкм (по данному используемому способу получения). По предварительно построенным градуировочным кривым (по приведенной выше формуле для hmin, a hmax для данной системы определили как hmax ~9.66+777·exp(-1303·f), определяли диапазон подходящих величин рассогласования f слоя и подложки - от ~7.2·10-4 до 2.2·10-3. Затем по относительному рассогласованию f определяли состав слоя твердого раствора x и по известным термодинамическим соотношениям определяли состав жидкой фазы (раствора-расплава) при температуре начала кристаллизации для выбранного состава твердой фазы x (см. М.Б.Паниш, М.Илегемс. Фазовые равновесия в тройных системах III-V. В сб. статей "Материалы для оптоэлектроники". - М.: Мир, 1976, стр.39-92; или В.М.Андреев, Л.М.Долгинов, Д.Н.Третьяков. Жидкостная эпитаксия в технологии полупроводниковых приборов. Под ред. Ж.И.Алферова. - М.: Советское радио, 1975, 328 с.). Была выбрана величина рассогласования f=1.8·10-3 (х=0.025). Для получения слоя твердого раствора InxGa1-xAs с х=0.025 толщиной 50 мкм при заданной температуре начала кристаллизации 900°С выбрали зазор между подложками 0.45 мм.For diodes with a breakdown voltage of 300-500 V, layers of lightly doped material with a thickness of about 50 μm are required (according to the current production method used). According to the previously constructed calibration curves (according to the above formula for h min , ah max for this system, it was determined as h max ~ 9.66 + 777 · exp (-1303 · f), the range of suitable values of the mismatch of the f layer and the substrate was determined from ~ 7.2 · 10 -4 to 2.2 · 10 -3 . Then, the composition of the solid solution layer x was determined by the relative mismatch f and the composition of the liquid phase (melt solution) was determined from the known thermodynamic relations at the temperature of onset of crystallization for the selected composition of the solid phase x (see M. B. Panish, M.Ilegems. Phase equilibria ternary systems III-V. In the collection of articles "Materials for Optoelectronics." - M .: Mir, 1976, pp. 39-92; or V.M. Andreev, L. M. Dolginov, D. N. Tretyakov. epitaxy in the technology of semiconductor devices. Edited by J.I. Alferov. - M .: Sovetskoye Radio, 1975, 328 pp.) The mismatch value f = 1.8 · 10 -3 (x = 0.025) was chosen. a solution of In x Ga 1-x As with x = 0.025 50 μm thick at a given crystallization onset temperature of 900 ° C, a gap between the substrates of 0.45 mm was chosen.

В кварцевом реакторе в кварцевой кассете сливного типа в атмосфере водорода с точкой росы около -70°С проводили предварительный двухступенчатый отжиг раствора-расплава - 15 часов при температуре 700°С и 3 часа при температуре начала кристаллизации слоя (900°С) и потоке водорода через реактор 130 мл/мин, после чего данный раствор-расплав приводили в контакт с подложками GaAs р+-типа и начинали кристаллизацию эпитаксиального слоя, имеющего p-i-n структуру, путем принудительного охлаждения ростовой системы со скоростью около 0.5°С/мин до комнатной температуры.In a quartz reactor in a quartz cassette of a drain type in a hydrogen atmosphere with a dew point of about -70 ° C, a preliminary two-stage annealing of the melt solution was carried out - 15 hours at a temperature of 700 ° C and 3 hours at a temperature of the onset of crystallization of the layer (900 ° C) and a stream of hydrogen through a reactor of 130 ml / min, after which this melt solution was brought into contact with GaAs p + -type substrates and crystallization of the epitaxial layer having a pin structure began by forced cooling of the growth system at a rate of about 0.5 ° C / min to room temperature ratra.

Из полученных эпитаксиальных структур со слоями InGaAs были изготовлены диоды с помощью стандартных методов фотолитографии, травления, напыления и вжигания контактов. Измерения характеристик приборов проводились в непрерывном и импульсном режимах при комнатной температуре (20°С). Параметры диода, включающего InGaAs p-i-n структуру, приведены в таблице 1 (№ партии 1).From the obtained epitaxial structures with InGaAs layers, diodes were made using standard methods of photolithography, etching, sputtering, and contact burning. The characteristics of the devices were measured in continuous and pulsed modes at room temperature (20 ° C). The parameters of the diode, including InGaAs p-i-n structure, are shown in table 1 (batch number 1).

Пример 2. Для сравнения с p-i-n структурами, получаемыми по предложенному способу (пример 1), изготавливали p-i-n структуры, в которых толщина эпитаксиального слоя h и относительное рассогласование f лежали вне диапазона, предлагаемого в данном способе.Example 2. For comparison with p-i-n structures obtained by the proposed method (example 1), p-i-n structures were prepared in which the thickness of the epitaxial layer h and the relative mismatch f were outside the range proposed in this method.

Выращивание структур той же толщины проводили так же, как в примере 1, но вместо слоя InxGa1-xAs с выбранной величиной относительного рассогласования f на подложках GaAs выращивали слои GaAs и InxGa1-xAs, для которых величина f лежала вне диапазона, предлагаемого в данном способе. Для получения слоя GaAs толщиной 50 мкм при температуре начала кристаллизации 900°С выбрали зазор 0.8 мм, а для получения слоя InxGa1-xAs с х=0.009 (f=6.45·10-4) толщиной 50 мкм при той же температуре начала кристаллизации выбрали зазор 0.6 мм.The structures of the same thickness were grown in the same way as in Example 1, but instead of the In x Ga 1-x As layer with the selected relative mismatch f, GaAs and In x Ga 1-x As layers were grown on GaAs substrates, for which the value f out of the range proposed in this method. To obtain a GaAs layer with a thickness of 50 μm and a crystallization onset temperature of 900 ° C, a gap of 0.8 mm was chosen, and to obtain an In x Ga 1-x As layer with x = 0.009 (f = 6.45 · 10 -4 ) 50 μm thick at the same temperature the onset of crystallization selected a gap of 0.6 mm

Из полученных эпитаксиальных структур были изготовлены диоды так же, как в примере 1. Измерения характеристик приборов проводились так же, как в примере 1. Параметры диода, включающего GaAs или InxGa1-xAs p-i-n структуру, приведены в таблице 1, № партии 2 и 3):From the obtained epitaxial structures, diodes were made in the same way as in Example 1. Measurement of the characteristics of the devices was carried out in the same way as in Example 1. The parameters of the diode, which includes a GaAs or In x Ga 1-x As pin structure, are shown in Table 1, batch No. 2 and 3):

Таблица 1Table 1 № партии Party number UR,U R , UF,U F IDC, I DC IR, I R , τrr, τ rr (f, отн.ед.)(f, rel.) ВAT ВAT AA мАmA нсns 1(1.8·10-3)1 (1.8 · 10 -3 ) 250-450250-450 1.5 (при 0.1 А)1.5 (at 0.1 A) ≥10≥10 0.10.1 5-105-10 2.5 (при 0.5 А)2.5 (at 0.5 A) 2(6.45·10-4)2 (6.45 · 10 -4 ) 450-580450-580 1.5 (при 0.1 А)1.5 (at 0.1 A) ≥10≥10 0.10.1 350-450350-450 2.2 (при 0.5 А)2.2 (at 0.5 A) 3(-)3 (-) 400-530400-530 1.4 (при 0.1 А)1.4 (at 0.1 A) ≥10≥10 0.10.1 430-540430-540 2.0 (при 0.5 А)2.0 (at 0.5 A)

где:Where:

UR - максимальные напряжения обратного смещения (reverse bias); UF - напряжения прямого смещения (forward bias); IDC - прямой ток (direct current); IR - токи утечки при обратном смещении (leakage current); τrr - время выключения диода (reverse recovery time).U R - maximum voltage reverse bias (reverse bias); U F - forward bias voltage (forward bias); I DC - direct current (direct current); I R - leakage currents at reverse bias (leakage current); τ rr - diode off time (reverse recovery time).

Как видно из данных, приведенных в таблице, применение заявленного способа изготовления эпитаксиальных структур позволяет значительно повысить быстродействие существующих приборов (образцы партий 1 по сравнению с 2); получены высоковольтные p-i-n диоды (партия 1), превосходящие по быстродействию лучшие кремниевые p-i-n диоды, диоды из карбида кремния, а также диоды из GaAs с барьером Шоттки, которые являются лучшими по быстродействию (и совокупности других характеристик) высоковольтными выпрямительными диодами в мире.As can be seen from the data given in the table, the use of the claimed method for the manufacture of epitaxial structures can significantly improve the speed of existing devices (samples of batches 1 compared to 2); high-voltage p-i-n diodes (batch 1) were obtained, superior in speed to the best silicon p-i-n diodes, silicon carbide diodes, and GaAs with a Schottky barrier, which are the best in speed (and a combination of other characteristics) of high-voltage rectifier diodes in the world.

В соседних ячейках кварцевой кассеты одновременно можно выращивать несколько эпитаксиальных структур, в том числе эпитаксиальные слои InxGa1-xAs или GaAs1-xSbx, отличающиеся по составу х и по толщине.In adjacent cells of a quartz cassette, several epitaxial structures can be grown simultaneously, including epitaxial layers In x Ga 1-x As or GaAs 1-x Sb x , which differ in composition x and thickness.

Пример 3. Получали диодные структуры на основе слаболегированного гетероэпитаксиального слоя GaAs1-xSbx, выращенного на подложке GaAs методом ЖФЭ в графитовой кассете поршневого типа.Example 3. Diode structures were prepared based on a lightly doped GaAs 1-x Sb x heteroepitaxial layer grown on a GaAs substrate by the HPE method in a piston-type graphite cartridge.

Для диодов на напряжения пробоя 50-250 В необходимы слои слаболегированного материала (по данному используемому способу получения) толщиной около 20 мкм. По предварительно построенным градуировочным кривым (по формулам для hmin и hmax) определяли диапазон подходящих величин рассогласования f слоя и подложки - от 1·10-3 до 3.7·10-3. Была выбрана величина рассогласования f=1.3·10-3. После определения состава твердой фазы x, соответствующей величине рассогласования, по известным термодинамическим соотношениям (см. ссылки в примере 1) определили состав жидкой фазы (раствора-расплава) при температуре начала кристаллизации для выбранного состава твердой фазы x. При использовании поршневой кассеты с величиной ростового зазора 1 мм для получения слоя GaAs1-xSbx толщиной около 20 мкм выбирали температурный диапазон выращивания от 750°С до 700°С. В шихту добавляли навеску Sc в размере 0.01 ат.%.For diodes with a breakdown voltage of 50-250 V, layers of lightly doped material (according to the used production method) with a thickness of about 20 μm are required. Using pre-constructed calibration curves (using the formulas for h min and h max ), we determined the range of suitable values of the mismatch f of the layer and substrate — from 1 · 10 -3 to 3.7 · 10 -3 . The mismatch value was chosen f = 1.3 · 10 -3 . After determining the composition of the solid phase x corresponding to the mismatch value, the composition of the liquid phase (melt solution) at the crystallization temperature for the selected composition of the solid phase x was determined from the known thermodynamic relations (see references in Example 1). When using a piston cartridge with a growth gap of 1 mm, a growing temperature range from 750 ° C to 700 ° C was chosen to obtain a GaAs 1-x Sb x layer with a thickness of about 20 μm. A Sc sample of 0.01 at.% Was added to the charge.

В кварцевом реакторе в графитовой кассете поршневого типа в атмосфере водорода с точкой росы около -70°С проводили предварительный отжиг насыщенного раствора-расплава - 2 часа при температуре начала кристаллизации слоя (750°С), охлаждали раствор-расплав на 5°С, после чего данный раствор-расплав приводили в контакт с подложкой GaAs n-типа и начинали кристаллизацию слаболегированного эпитаксиального слоя GaAs n-типа проводимости путем принудительного охлаждения ростовой системы со скоростью около 0.5°С/мин до температуры 700°С, при которой прекращали рост слоя путем замены данного расплава другим (следующим, содержащим Ga, As и Ge), то есть начав выращивание другого по составу слоя, а именно сильнолегированного слоя GaAs р-типа проводимости. Таким образом, получали диодную n+-n0+ структуру в ходе единого эпитаксиального процесса.In a quartz reactor in a piston-type graphite cartridge in a hydrogen atmosphere with a dew point of about -70 ° C, a preliminary annealing of the saturated melt solution was carried out for 2 hours at the temperature of the onset of crystallization of the layer (750 ° C), the melt solution was cooled by 5 ° C, after why this melt solution was brought into contact with an n-type GaAs substrate and the crystallization of a lightly doped n-type GaAs epitaxial layer began crystallization by forced cooling of the growth system at a rate of about 0.5 ° C / min to a temperature of 700 ° C, at which whether the layer grew by replacing this melt with another (the next one containing Ga, As, and Ge), i.e., starting to grow another layer in composition, namely, a heavily doped p-type GaAs layer of conductivity. Thus, a diode n + -n 0 -p + structure was obtained in a single epitaxial process.

Из полученных эпитаксиальных структур со слоями GaAsSb с концентрацией свободных электронов в слаболегированном слое около 2·1015 см-3 были изготовлены диоды так же, как указано в примере 1. Измерения характеристик приборов проводились так же, как в примере 1. Параметры диода с базовым слоем GaAsSb приведены в таблице 2 (№ партии 1).From the obtained epitaxial structures with GaAsSb layers with a concentration of free electrons in a lightly doped layer of about 2 × 10 15 cm -3 , diodes were made in the same way as in Example 1. The characteristics of the devices were measured in the same way as in Example 1. The parameters of the diode with the base a GaAsSb layer are shown in Table 2 (lot No. 1).

Пример 4. Для сравнения с диодными структурами, получаемыми по предложенному способу (пример 3), изготавливали диодные структуры, в которых толщина эпитаксиального слоя h и относительное рассогласование f лежали вне диапазона, предлагаемого в данном способе.Example 4. For comparison with the diode structures obtained by the proposed method (example 3), diode structures were made in which the thickness of the epitaxial layer h and the relative mismatch f were outside the range proposed in this method.

Выращивание структур той же толщины проводили так же, как в примере 3, но вместо слоя GaAs1-xSbx с выбранной величиной относительного рассогласования f на подложках GaAs выращивали, для которых величина f лежала вне диапазона, предлагаемого в данном способе, а именно слои GaAs.The structures of the same thickness were grown in the same way as in Example 3, but instead of a GaAs 1-x Sb x layer with a selected value of relative mismatch f, GaAs substrates were grown for which the value of f was outside the range proposed in this method, namely the layers GaAs.

Из полученных эпитаксиальных структур со слоями GaAs с концентрацией свободных электронов в слаболегированном слое около 2·1015 см-3 были изготовлены диоды по той же схеме, как в примере 1. Измерения характеристик приборов проводились так же, как в примере 1. Параметры диода, включающего GaAs n+-n0-p+ структуру, приведены в таблице 2 (№ партии 2):From the obtained epitaxial structures with GaAs layers with a concentration of free electrons in a lightly doped layer of about 2 × 10 15 cm -3 , diodes were made according to the same scheme as in Example 1. The characteristics of the devices were measured in the same way as in Example 1. The parameters of the diode, including GaAs n + -n 0 -p + structure, are shown in table 2 (batch No. 2):

Таблица 2table 2 № партииParty number UR,U R , UF,U F IDC,I DC IR,I R , τrr,τ rr (f, отн.ед.)(f, rel.) ВAT ВAT АBUT мАmA НСNA 1(1.3·10-3)1 (1.3 · 10 -3 ) 50-8050-80 1.5 (при 0.1 А)1.5 (at 0.1 A) ≥5≥5 0.10.1 5-105-10 2.0 (при 0.5 А)2.0 (at 0.5 A) 2(-)2 (-) 50-8050-80 1.3 (при 0.1 А)1.3 (at 0.1 A) ≥5≥5 0.10.1 300300 1.8 (при 0.5 А)1.8 (at 0.5 A)

Где:Where:

UR - максимальные напряжения обратного смещения (reverse bias); UF - напряжения прямого смещения (forward bias); IDC - прямой ток (direct current); IR - токи утечки при обратном смещении (leakage current); τrr - время выключения диода (reverse recovery time).U R - maximum voltage reverse bias (reverse bias); U F - forward bias voltage (forward bias); I DC - direct current (direct current); I R - leakage currents at reverse bias (leakage current); τ rr - diode off time (reverse recovery time).

Как видно из данных, приведенных в таблице, применение заявленного способа изготовления эпитаксиальных структур позволяет значительно повысить быстродействие существующих приборов (образцы партии 1 по сравнению с 2).As can be seen from the data given in the table, the use of the claimed method for the manufacture of epitaxial structures can significantly improve the performance of existing devices (samples of party 1 compared to 2).

Слаболегированные слои GaAs1-xSbx или InxGa1-xAs, различные по составу и толщине, n- или р-типа проводимости, можно выращивать на подложках GaAs n+- или р+-типа проводимости, или на полуизолирующих подложках, в различных комбинациях в зависимости от приборных приложений.Lightly doped GaAs 1-x Sb x or In x Ga 1-x As layers, different in composition and thickness, of n- or p-type conductivity, can be grown on n + or p + -type GaAs substrates, or on semi-insulating substrates , in various combinations depending on instrument applications.

Существует возможность дополнительного повышения быстродействия приборов на основе данных слоев, изготавливая барьеры Шоттки.There is the possibility of further improving the performance of devices based on these layers, making Schottky barriers.

Claims (13)

1. Способ изготовления полупроводниковой гетероструктуры на основе соединений А3B5 методом жидкофазной эпитаксии путем выращивания эпитаксиального слоя заданной толщины h0, рассогласованного по параметру решетки с материалом, на котором осуществляют выращивание упомянутого слоя, отличающийся тем, что предварительно для данной ростовой системы строят экспериментальную градуировочную кривую - зависимости максимальной толщины слоя hmax, при которой еще происходит его эпитаксиальный рост, от величины относительного рассогласования решеток f, строят расчетную градуировочную кривую зависимости минимальной толщины слоя hmin от величины относительного рассогласования решеток f по выражению1. A method of manufacturing a semiconductor heterostructure based on compounds A 3 B 5 by the method of liquid phase epitaxy by growing an epitaxial layer of a given thickness h 0 , mismatched according to the lattice parameter with the material on which the said layer is grown, characterized in that an experimental experiment is built for this growth system calibration curve - of the maximum thickness h max layer, which has its epitaxial growth occurs, the magnitude of the relative error in D etok f, construct a calibration curve calculated minimum thickness h min layer from the relative misalignment of lattices f by the expression
Figure 00000002
Figure 00000002
где b - модуль вектора Бюргерса, мкм;where b is the module of the Burgers vector, microns; ν - коэффициент Пуассона для выращиваемого слоя;ν - Poisson's ratio for the grown layer; f=(a1-a2)/a2 - относительное рассогласование решеток;f = (a 1 -a 2 ) / a 2 - relative mismatch of the gratings; a1 и а2 - параметры решеток сопрягаемых материалов гетероструктуры, a 1 and a 2 are the lattice parameters of the mating materials of the heterostructure, и при заданной толщине h0 выращиваемого слоя выбирают такое относительное рассогласование решеток сопрягаемых материалов f, при котором h0 удовлетворяет выражениюand for a given thickness h 0 of the grown layer, a relative mismatch of the lattices of the mating materials f is chosen at which h 0 satisfies the expression hmin<h0<hmax, мкм.h min <h 0 <h max , μm.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выращивание упомянутого эпитаксиального слоя осуществляют путем нагрева исходной шихты до образования насыщенного раствора-расплава ее компонентов, взаимодействия раствора-расплава с газовой смесью, включающей водород, пары воды и продукты реакций между водородом и парами воды с упомянутым раствором-расплавом и с двуокисью кремния, заполнения поверхности по меньшей мере одной подложки полученным раствором-расплавом с их последующим принудительным охлаждением до комнатной температуры.2. The method according to claim 1, characterized in that the growth of the mentioned epitaxial layer is carried out by heating the initial mixture to form a saturated solution of the melt of its components, the interaction of the solution of the melt with a gas mixture comprising hydrogen, water vapor and reaction products between hydrogen and vapor water with the aforementioned melt solution and silicon dioxide, filling the surface of at least one substrate with the obtained melt solution, followed by forced cooling to room temperature. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что упомянутый эпитаксиальный слой выращивают в кассете сливного типа.3. The method according to claim 2, characterized in that said epitaxial layer is grown in a drain type cartridge. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что выращивание производят в упомянутой кассете сливного типа, изготовленной из кварца.4. The method according to claim 3, characterized in that the cultivation is carried out in the aforementioned drain type cassette made of quartz. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый эпитаксиальный слой выращивают в графитовой кассете поршневого типа.5. The method according to claim 1, characterized in that said epitaxial layer is grown in a piston-type graphite cartridge. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что выращивание упомянутого эпитаксиального слоя осуществляют путем нагрева до образования насыщенного раствора-расплава ее компонентов исходной шихты, включающей не менее одного редкоземельного элемента в количестве не более 0,1 ат.%, отжига полученного раствора-расплава, создание пересыщения путем охлаждения насыщенного раствора-расплава, заполнения поверхности подложки полученным раствором-расплавом с их последующим принудительным охлаждением до температуры прекращения роста эпитаксиального слоя путем сдергивания расплава с поверхности упомянутого эпитаксиального слоя или путем замены данного раствора-расплава следующим раствором-расплавом.6. The method according to claim 5, characterized in that the growth of the said epitaxial layer is carried out by heating to the formation of a saturated solution-melt of its components of the initial charge, comprising at least one rare-earth element in an amount of not more than 0.1 at.%, Annealing the resulting solution -melt, creating supersaturation by cooling the saturated solution-melt, filling the surface of the substrate with the obtained solution-melt, followed by forced cooling to the temperature of termination of growth of the epitaxial layer sdergivaniya by the melt from the surface of said epitaxial layer or by substitution of the molten solution with the following solution-melt. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый эпитаксиальный слой выращивают на подложке из монокристаллическоого GaAs в виде тройного соединения A3xGa1-xAs, где А3 - элемент 3-й группы Периодической системы элементов; x - состав твердого раствора.7. The method according to claim 1, characterized in that the said epitaxial layer is grown on a substrate of single-crystal GaAs in the form of a ternary compound A 3 x Ga 1-x As, where A 3 is an element of the 3rd group of the Periodic system of elements; x is the composition of the solid solution. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый эпитаксиальный слой выращивают в виде тройного соединения InxGa1-xAs.8. The method according to claim 1, characterized in that the said epitaxial layer is grown in the form of a ternary compound In x Ga 1-x As. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый эпитаксиальный слой выращивают на подложке из монокристаллического GaAs в виде тройного соединения GaAs1-xB5x, где В5 - элемент 5-й группы Периодической системы элементов.9. The method according to claim 1, characterized in that said epitaxial layer is grown on a single-crystal GaAs substrate in the form of a GaAs 1-x B 5 x ternary compound, where B 5 is an element of the 5th group of the Periodic Table of the Elements. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что упомянутый эпитаксиальный слой выращивают в виде тройного соединения GaAs1-xSbx.10. The method according to claim 9, characterized in that the said epitaxial layer is grown in the form of a ternary compound GaAs 1-x Sb x . 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый эпитаксиальный слой выращивают на подложке GaAs р-типа проводимости, легированной Zn до концентрации (1-5)•1018 см-3.11. The method according to claim 1, characterized in that said epitaxial layer is grown on a p-type GaAs substrate doped with Zn to a concentration of (1-5) · 10 18 cm -3 . 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый эпитаксиальный слой выращивают на подложке GaAs n-типа проводимости, легированной Sn или Si до концентрации (0,5-5,0)•1018 см-3.12. The method according to claim 1, characterized in that said epitaxial layer is grown on an n-type GaAs substrate doped with Sn or Si to a concentration of (0.5-5.0) • 10 18 cm -3 . 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый эпитаксиальный слой выращивают на полуизолирующей подложке GaAs, нелегированной или легированной Cr.13. The method according to claim 1, characterized in that the said epitaxial layer is grown on a semi-insulating GaAs substrate, undoped or doped with Cr.
RU2005132805/28A 2005-10-24 2005-10-24 Method for manufacturing superconductor heterostructure around a3b5 compounds by way of liquid-phase epitaxy RU2297690C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005132805/28A RU2297690C1 (en) 2005-10-24 2005-10-24 Method for manufacturing superconductor heterostructure around a3b5 compounds by way of liquid-phase epitaxy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005132805/28A RU2297690C1 (en) 2005-10-24 2005-10-24 Method for manufacturing superconductor heterostructure around a3b5 compounds by way of liquid-phase epitaxy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2297690C1 true RU2297690C1 (en) 2007-04-20

Family

ID=38036966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005132805/28A RU2297690C1 (en) 2005-10-24 2005-10-24 Method for manufacturing superconductor heterostructure around a3b5 compounds by way of liquid-phase epitaxy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2297690C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2488911C1 (en) * 2012-03-19 2013-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "МеГа Эпитех" METHOD FOR MANUFACTURE OF p-i-n SEMICONDUCTOR STRUCTURE BASED ON GaAs-GaAlAs COMPOUNDS BY WAY OF LIQUID EPITAXY METHOD
RU2610388C2 (en) * 2015-04-09 2017-02-09 Общество с ограниченной ответственностью "Ме Га Эпитех" Method of simultaneous production of p-i-n structure of gaas with p, i and n area in one epitaxial layer
RU2639263C1 (en) * 2016-09-15 2017-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Ме Га Эпитех" METHOD OF PRODUCING MULTILAYER HETEROEPITAXIAL STRUCTURES IN AlGaAs SYSTEM BY LIQUID-PHASE EPITAXY METHOD
RU2647209C1 (en) * 2017-02-14 2018-03-14 Общество с ограниченной ответственностью "ЭПИКОМ" METHOD FOR OBTAINING A MULTI-LAYER HETEROEPITAXIAL P-I-N STRUCTURE IN THE AlGaAs SYSTEM BY THE LIQUID PHASE EPITAXY METHOD
RU2668661C2 (en) * 2016-10-27 2018-10-02 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" METHOD OF PRODUCING MULTILAYER EPITAXIAL P-I-N STRUCTURE BASED ON GaAs-GaAlAs COMPOUNDS BY METHOD OF LIQUID-PHASE EPITAXY
RU2804603C1 (en) * 2023-06-27 2023-10-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) Method for manufacturing semiconductor structure

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2488911C1 (en) * 2012-03-19 2013-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "МеГа Эпитех" METHOD FOR MANUFACTURE OF p-i-n SEMICONDUCTOR STRUCTURE BASED ON GaAs-GaAlAs COMPOUNDS BY WAY OF LIQUID EPITAXY METHOD
RU2610388C2 (en) * 2015-04-09 2017-02-09 Общество с ограниченной ответственностью "Ме Га Эпитех" Method of simultaneous production of p-i-n structure of gaas with p, i and n area in one epitaxial layer
RU2639263C1 (en) * 2016-09-15 2017-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Ме Га Эпитех" METHOD OF PRODUCING MULTILAYER HETEROEPITAXIAL STRUCTURES IN AlGaAs SYSTEM BY LIQUID-PHASE EPITAXY METHOD
RU2668661C2 (en) * 2016-10-27 2018-10-02 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" METHOD OF PRODUCING MULTILAYER EPITAXIAL P-I-N STRUCTURE BASED ON GaAs-GaAlAs COMPOUNDS BY METHOD OF LIQUID-PHASE EPITAXY
RU2647209C1 (en) * 2017-02-14 2018-03-14 Общество с ограниченной ответственностью "ЭПИКОМ" METHOD FOR OBTAINING A MULTI-LAYER HETEROEPITAXIAL P-I-N STRUCTURE IN THE AlGaAs SYSTEM BY THE LIQUID PHASE EPITAXY METHOD
RU2804603C1 (en) * 2023-06-27 2023-10-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) Method for manufacturing semiconductor structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5081373B2 (en) Method for producing low impurity silicon carbide wafer
JP4660733B2 (en) Low temperature formation of backside ohmic contacts for vertical devices
US5132749A (en) Semiconductor device
EP1438739B1 (en) Sic bipolar semiconductor devices with few crystal defects
JP4581270B2 (en) SiC semiconductor ion-implanted layer and method of manufacturing the same
US5030580A (en) Method for producing a silicon carbide semiconductor device
US4960728A (en) Homogenization anneal of II-VI compounds
Martin et al. Electrical properties of GaAs/GaN/GaAs semiconductor‐insulator‐semiconductor structures
EP1393352A2 (en) Semiconductor device, semiconductor layer and production method thereof
RU2297690C1 (en) Method for manufacturing superconductor heterostructure around a3b5 compounds by way of liquid-phase epitaxy
EP0405832A1 (en) Doping procedures for semiconductor devices
Reith Aging effects in Si‐doped Al Schottky barrier diodes
RU2610388C2 (en) Method of simultaneous production of p-i-n structure of gaas with p, i and n area in one epitaxial layer
JPH08139358A (en) Epitaxial wafer
RU2744350C1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING THE SEMICONDUCTOR P-I-N STRUCTURE BASED ON GAAS-AlGAAS COMPOUNDS BY LIQUID-PHASE EPITAXY
JP2999591B2 (en) Method for manufacturing GaAs device having high-purity intrinsic layer
Lee et al. Rapid thermal annealing of Be+‐implanted In0. 52Al0. 48As
JP4535693B2 (en) Gunn diode and manufacturing method thereof
JP2537296B2 (en) &lt;II&gt;-&lt;VI&gt; Intergroup compound semiconductor device manufacturing method
Shao et al. Low resistance ohmic contacts to p-Ge/sub 1-x/C x on Si
Brandt et al. SiC for applications in high-power electronics
RU2031477C1 (en) Process of manufacture of semiconductor structures based on compounds aiii bv by method of liquid-phase epitaxy
JP2645418B2 (en) GaAs compound semiconductor single crystal
JPH09293854A (en) Heavily doped semiconductor and its manufacture
Paleru Study on determination of an analytical model for the barrier height enhancement of the GaN Schottky barrier diode using low-energy ion implantation