SU1726571A1 - Способ выращивани карбидкремниевых р-п-структур политипа 6Н - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к полупроводниковой технологии, в частности к созданию карбидкремниевых р-п-структур, которые используют дл  создани  высокотемпературных приборов: выпр мительных диодов, стабилитронов, полевых транзисторов с управл ющим р-п-переходом, и позвол ет повысить выход годных структур. Выращивают жидкофазной эпитаксией кар- бидкремниевые р-п-структуры политипа 6Н из раствора-расплава, содержащего Ga, Si, Al, Sn и Ge на подложках 6H-SIC п-типа проводимости. Реакционную камеру откачивают до давлени  мм рт.ст. Провод т отжиг раствора-расплава при 500-800°С не менее 1 ч. Затем выращивают р-слой при 1200-1350°С. 1 табл. СО

Description

Изобретение относитс  к полупроводниковой технологии, в частности к созданию карбидкремниевых р-п-структур. Такие структуры используютс  дл  создани  высокотемпературных приборов: выпр мительных диодов, стабилитронов, полевых транзисторов с управл ющим р-п-переходом .

Известен способ выращивани  р-п- структур путем жидкостной эпитаксии SiC из раствора-расплава, содержащего Si и AI при 1550-1690°С на SiC подложке.

Недостатком способа  вл етс  низкий выход годных структур. При выращивании р-п-структур этим способом происходит существенное растворение подложки 6H-SIC при приведении ее в контакт с расплавом вследствие высокой растворимости карбида кремни  при температурах эпитаксии и неравновесности раствора-расплава. Это  вление приводит к нарушению уже имеющейс  на подложке эпитаксиальной структуры, а также к загр знению эпитакси- ального сло  примес ми, перешедшими в расплав из растворившегос  материала, и в конечном итоге-к ухудшению параметров р-п-структур, что, в свою очередь, снижает выход годных структур.

Известен способ выращивани  карбид- кремниевых р-п-структур политипа 6Н пуvj Ю С СЛ vj

тем жидкостной эпитаксии SiC из раствора-расплава , содержащего Ga и Si, при температурах 1200-1350°С на 6H-SIC подложке .

Недостатком способа  вл етс  низкий выход годных структур (1 %). Причина заключаетс  в высоком уровне компенсации донорной примесью сло  р-типа, в результате чего эпитаксиальные слои 6H-SIC, выросшие из раствора-расплава на основе Ga (акцепторна  примесь), имеют проводимость как р-, так и п-типа, при содержании Ga на уровне 10 см . Помимо этого низкое качество р-п-структур обусловлено присутствием в выращенных сло х включений политипа 3C-SIC. Включени  этого более узкозонного политипа образуютс  также в результате загр знени  раствора-расплава примес ми (предположительно азотом и кислородом), которые содержатс  в графитовой ростовой арматуре и при нагреве до температуры эпитаксии взаимодействуют с раствором-расплавом. Образу  в SiC примесь донорного типа, они, по-видимому, играют роль фактора, увеличивающего веро тность образовани  ЗС-SiC. Другой существенный недостаток метода - невозможность получать эпитаксиальные слои, содержащие акцепторную примесь с необходимой концентрацией. Это св зано с тем, что используемый в качестве растворител  дл  жидкостной эпитаксии Ga входит в растущий материал на уровне 1019 и его содержание не зависит от технологических условий роста. Все это снижает выход годных р-п-структур.

Целью изобретени   вл етс  повышение выхода годных карбидкремниевых р-п- структур политипа 6Н.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе выращивани  карбидкремниевых р-п-структур политипа 6Н путем жидкостной эпитаксии SiC из раствора-расплава , содержащего Ga и Si при температуре 1200-1350°С на 6H-SIC подложке , согласно формуле изобретени , раствор-расплав дополнительно содержит AI, Ge и Sn и перед эпитаксией провод т его отжиг при 500-800°С не менее 1 ч.

Выращивание структур указанным способом обеспечивает увеличение выхода структур 6H-S1C, не содержащих включени  ЗС-SiC, что приводит к увеличению выхода годных р-п-структур, При этом имеетс  возможность получени  эпитаксиальных слоев с содержанием акцепторной примеси в широком концентрационном диапазоне (максимальное измеренное значение содержание алюмини  составл ет 3-Ю2 см. Дырочна  проводимость выращенного материала обеспечиваетс , начина  с концентрации акцепторной примеси 10 . Полученные эпитаксиальные слои обладают более высоким структурным совершенством чем слои, выращенные по методу-прототипу .

П р и м е р 1. Проводили выращивание карбидкремниевых р-п-структур из раствора-расплава , содержащего Ga, Si, AI, Sn, Ge.

0 Использовалась установка, имеюща  вертикальный кварцевый реактор с водоохлажда- емыми стенками и высокочастотный нагрев. В  чейку графитового тигл  помещали навески указанных элементов. Подложки

5 карбида кремни  (2 шт.) в виде горизонтально расположенного сэндвича с зазором 500 мкм закрепл ли в графитовом держателе и помещали в соседнюю (пустую)  чейку тигл , В качестве подложек использовали

0 монокристаллический 6H-SiC п-типа проводимости , размером 5x5 мм2 с ориентацией базовых плоскостей {0001}.

Реакционную камеру откачивали до давлени  3-10 мм рт.ст. последовательно

5 ротационным и цеолитовым насосами, а затем в течение 15 мин продували очищенным водородом. Величину расхода водорода устанавливали 2 дм3/мин. Осуществл ли нагрев тигл  с навесками до

0 500°С, затем в течение 1 ч осуществл ли отжиг при 500°С.

После отжига увеличивали нагрев тигл  до 1200°С и в течение 0,5 ч выдерживали расплав при указанной темпера5 туре с целью достижени  его полной гомогенизации. Далее держатель с подложками приводили в контакт с расплавом . При этом происходило заполнение расплавом растрового зазора, растворе0 ние нижней более нагретой подложки и рост эпитаксиального сло  SiC на верхней подложке.

После окончани  процесса роста держатель с выращенными структурами вынимали

5 из расплава.

На выращенных структурах после напылени  AI при помощи фотолитографии формировали контакты к верхнему слою. Методом плазмохимического травлени 

0 формировали мезаструктуры диаметром 200 мкм и глубиной 2 мкм. Контакт к подложке формировали электроискровым способом .

Выращенные карбидкремниевые р-п5 структуры имели диодную характеристику. При пропускании через р-п-переход посто нного электрического тока при пр мом смещении ( 100 А/см2) наблюдали электролюминесценцию (ЭЛ) в видимой области спектра. Характер электролюминесценции

служил критерием годности р-п-структур. Годными  вл лись р-п-переходы, имеющие ЭЛ, относ щуюс  только к синефиоле- товой области спектра т.е. р-п-переходы политипа 6Н. Такие р-п-переходы имели лучшие электрические характеристики: малые токи утечки; резкий пробой обратной ветви вольт-амперной характеристики при напр жении пробо , соответствующем концентрации донорной примеси в подложке; напр жение отсечки вольт-фа рад ной характеристики 2,7 В, характерное дл  SIC р-п- переходов политипа 6Н.

По вление в спектре длинноволновой (красной) ЭЛ свидетельствовало о несовер- шенстве р-п-переходов (в частности, из-за присутстви  включений ЗС-SiC), что отрицательно сказывалось и на электрических характеристиках р-п-переходов. Такие р-п-переходы признавали негодными.

Содержание акцепторной примеси в выращенных сло х исследовали методом рентгеноспектрального микроанализа. По- литипный анализ проводили методом рентгеновской топографии.

Режимы примеров реализации способа и результаты исследований приведены в таблице.

П р и м е р 2. Карбидкремниевые р-п- структур ы выращивали аналогично примеру 1, но температура предварительного отжига расплава составл ла 800 С.

ПримерЗ. Карбидкремниевые р-п- структур ы выращивали аналогично примеру 1, но длительность предварительного отжига расплава составл ла 2 ч.

Очевидно, что в примерах, осуществл емых по за вленным режимам, выход годных увеличилс  по сравнению со способом прототипом.

Таким образом, предлагаемый способ позволил вырастить эпитаксиальные слои 6H-SIC р-типа с пониженным содержанием включений ЗС-SiC.

Claims (1)

1. Формулаизобретени  Способ выращивани  карбидкремние- вых р-п-структур политипа 6Н жидкостной эпитаксией SiC из раствора-расплава, содержащего Ga и Si. при температуре 1200- 1330°С на 6H-S1C подложках, отличающийс  тем, что, с целью повышени  выхода годных структур, раствор-расплав дополнительно содержит Al, Ge и Sn и перед эпитаксией провод т его отжиг при 500- 800°С не менее 1 ч.