RU2639263C1 - METHOD OF PRODUCING MULTILAYER HETEROEPITAXIAL STRUCTURES IN AlGaAs SYSTEM BY LIQUID-PHASE EPITAXY METHOD - Google Patents
METHOD OF PRODUCING MULTILAYER HETEROEPITAXIAL STRUCTURES IN AlGaAs SYSTEM BY LIQUID-PHASE EPITAXY METHOD Download PDFInfo
- Publication number
- RU2639263C1 RU2639263C1 RU2016136965A RU2016136965A RU2639263C1 RU 2639263 C1 RU2639263 C1 RU 2639263C1 RU 2016136965 A RU2016136965 A RU 2016136965A RU 2016136965 A RU2016136965 A RU 2016136965A RU 2639263 C1 RU2639263 C1 RU 2639263C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- structures
- liquid
- phase epitaxy
- melt
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 7
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 title abstract description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 22
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 21
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 13
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical group [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 5
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 5
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 3
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerol Natural products OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N aluminium arsenide Chemical compound [As]#[Al] MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N hydrochloric acid Substances Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid Substances OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H01L21/208—
Landscapes
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области микроэлектронной техники, а более конкретно к способам изготовления многослойных полупроводниковых структур в системе AlGaAs методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ). Метод ЖФЭ применяют для изготовления оптоэлектронных приборов (светоизлучающие диоды, фотоприемники и пр.) и приборов силовой электроники (pin-диоды, транзисторы и пр.).The invention relates to the field of microelectronic technology, and more particularly to methods for manufacturing multilayer semiconductor structures in an AlGaAs system by liquid phase epitaxy (LPE). The LPE method is used for the manufacture of optoelectronic devices (light-emitting diodes, photodetectors, etc.) and power electronics devices (pin diodes, transistors, etc.).
Особенностью, а вместе с тем и недостатком, большинства реализаций метода ЖФЭ является невозможность остановить рост эпитаксиального слоя при определенных условиях (достижении требуемой толщины слоя, некоторой заданной температуры и пр.) поскольку подложка остается под раствором-расплавом вплоть до комнатной температуры, когда происходит выгрузка ростового устройства из реактора. При получении многослойных структур это относится к последнему эпитаксиальному слою. Данная особенность приводит к целому ряду нежелательных последствий:A feature, and at the same time a drawback, of most implementations of the LPE method is the inability to stop the growth of the epitaxial layer under certain conditions (reaching the required layer thickness, a certain desired temperature, etc.) since the substrate remains under the melt solution up to room temperature when unloading occurs growth device from the reactor. In the preparation of multilayer structures, this refers to the last epitaxial layer. This feature leads to a number of undesirable consequences:
- избыточной толщине последнего эпитаксиального слоя, образующейся в случае, когда необходимо остановить рост на достаточно высокой температуре;- the excess thickness of the last epitaxial layer formed when it is necessary to stop growth at a sufficiently high temperature;
- формированию в приповерхностной части эпитаксиального слоя области с сильно отличающимися от объемной части свойствами, особенно при резком охлаждении, когда реактор выдергивается из печи, что приводит к резкому изменению состава твердого раствора, обусловленному особенностями диаграммы состояния системы AlGaAs, и/или значительному изменению уровня легирования, связанному с зависимостью коэффициентов распределения примесей от температуры и скорости охлаждения;- the formation in the surface part of the epitaxial layer of a region with properties very different from that of the bulk, especially during rapid cooling when the reactor is pulled out of the furnace, which leads to a sharp change in the composition of the solid solution due to the characteristics of the AlGaAs system state diagram and / or a significant change in the doping level associated with the dependence of the distribution coefficients of impurities on temperature and cooling rate;
- образованию дефектов на поверхности вследствие термических напряжений в гетероструктуре и формированию второй твердой фазы из компонентов легирующих примесей.- the formation of defects on the surface due to thermal stresses in the heterostructure and the formation of a second solid phase from the components of dopants.
Данные проблемы могут быть в принципе неустранимы и приводить к полной непригодности выращенной структуры для дальнейшего изготовления приборов или же для устранения этих последствий приходится вводить дополнительные технологические операции - химико-механическую полировку и прецизионное химическое травление. Дополнительные операции приводят к удорожанию изделия, и, как правило, к ухудшению его качества.These problems can in principle be irreparable and lead to the complete unsuitability of the grown structure for the further manufacture of devices or to eliminate these consequences, additional technological operations have to be introduced - chemical-mechanical polishing and precision chemical etching. Additional operations lead to a rise in price of the product, and, as a rule, to a deterioration in its quality.
Все известные способы остановки роста эпитаксиального слоя сводятся к удалению расплава с поверхности слоев после окончания процесса наращивания.All known methods of stopping the growth of the epitaxial layer are reduced to removing the melt from the surface of the layers after the end of the growth process.
Известны способы (US, патент 3694275, опубл. 26.091972; US; патент 3752118, опубл. 14.08.1973), в которых приведение подложек в контакт с раствором-расплавом и последующее удаление раствора-расплава с поверхности эпитаксиальных слоев основаны на погружении подложек в раствор-расплав с последующим их извлечением из него. В устройствах такого типа этот процесс осуществляется либо вращением устройства вокруг продольной оси, либо вертикальным перемещением подложек.Known methods (US patent 3694275, publ. 26.091972; US; patent 3752118, publ. 08/14/1973), in which bringing the substrates into contact with the molten solution and subsequent removal of the molten solution from the surface of the epitaxial layers is based on immersing the substrates in the solution -melt with their subsequent extraction from it. In devices of this type, this process is carried out either by rotating the device around the longitudinal axis or by vertical movement of the substrates.
Известен способ (US, патент 3853643, опубл. 10.12.1974) остановки роста эпитаксиального слоя путем выдергивания подложки из-под раствора-расплава в устройстве с рядом скользящих элементов.The known method (US patent 3853643, publ. 10.12.1974) stop the growth of the epitaxial layer by pulling the substrate from under the melt solution in a device with a number of sliding elements.
Однако удаление раствора-расплава с поверхности слоев после окончания процесса наращивания имеет свои недостатки. Они связаны с качеством поверхности слоев - наличие поверхностных неровностей затрудняет снятие использованного раствора-расплава, а кристаллизация, продолжающаяся из оставшихся на поверхности слоев капель раствора-расплава при охлаждении печи до комнатных температур, вызывает появление дополнительных неровностей, дефектов, трудноудалимых окислов и локальных неоднородностей состава на поверхности эпитаксиальных слоев. В большинстве случаев последующее механическое удаление закристаллизовавшихся остатков раствора-расплава неприемлемо вследствие возникающих нарушений поверхности эпитаксиального слоя, а химическое стравливание при этом не всегда возможно из-за трудности подбора селективно действующих травителей.However, the removal of the solution-melt from the surface of the layers after the completion of the building process has its drawbacks. They are associated with the surface quality of the layers — the presence of surface irregularities makes it difficult to remove the used melt solution, and crystallization, which continues from the droplets of the melt solution remaining on the surface of the layers when the furnace is cooled to room temperature, causes the appearance of additional irregularities, defects, difficult to remove oxides and local compositional heterogeneities on the surface of epitaxial layers. In most cases, subsequent mechanical removal of the crystallized residues of the melt solution is unacceptable due to occurring violations of the surface of the epitaxial layer, and chemical etching is not always possible due to the difficulty of selecting selectively acting etchants.
Техническая задача, на решение которой направлен разработанный способ, состоит в устранении недостатка метода ЖФЭ, обусловленного тем, что сформированная структура остается под раствором-расплавом при снижении температуры до комнатной с неконтролируемым нарастанием внешнего функционального слоя.The technical problem to which the developed method is aimed is to eliminate the drawback of the LPE method, due to the fact that the formed structure remains under the melt solution when the temperature drops to room temperature with an uncontrolled increase in the external functional layer.
Технический результат, получаемый при реализации разработанного способа, состоит в улучшении электрофизических параметров эпитаксиальных структур, выращенных методом ЖФЭ, при одновременном исключении технологически сложной дополнительной операции по точно контролируемому удалению избыточной толщины функционального слоя.The technical result obtained by the implementation of the developed method consists in improving the electrophysical parameters of epitaxial structures grown by the LPE method, while eliminating the technologically complex additional operation to precisely controlled removal of the excess thickness of the functional layer.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ, включающий выращивание дополнительного (защитного) слоя AlxGa1-xAs состава 0,85≤x≤0,95 после формирования последнего функционального слоя эпитаксиальной структуры и последующее его селективное химическое удаление.To achieve the indicated technical result, it is proposed to use the developed method, including growing an additional (protective) Al x Ga 1-x As layer of 0.85≤x≤0.95 after the formation of the last functional layer of the epitaxial structure and its subsequent chemical removal.
В основу предлагаемого способа положены особенности диаграммы состояния тройной системы Al-Ga-As. Для всего используемого в ЖФЭ диапазона температур (500-1000°C) в слоях твердого раствора AlxGa1-xAs состава 0,85≤x≤0,95 при охлаждении происходит рост коэффициента распределения алюминия и его состав только увеличивается. При этом при охлаждении до комнатной температуры раствора-расплава, соответствующего составу твердой фазы 0,85≤x≤0,95, формируется эпитаксиальный слой малой толщины - не более 15 мкм. Высокое содержание AlAs в защитном слое позволяет использовать методы селективного химического травления для его последующего удаления. При этом все негативные явления, связанные с охлаждением до комнатных температур, указанные выше, полностью устранены.The proposed method is based on the features of the state diagram of the ternary Al-Ga-As system. For the entire temperature range used in LPE (500-1000 ° C) in the layers of an Al x Ga 1-x As solid solution of the composition 0.85≤x≤0.95 upon cooling, the distribution coefficient of aluminum increases and its composition only increases. In this case, when the melt solution is cooled to room temperature, corresponding to the composition of the solid phase 0.85≤x≤0.95, an epitaxial layer of small thickness is formed - not more than 15 microns. The high AlAs content in the protective layer allows the use of selective chemical etching methods for its subsequent removal. At the same time, all the negative phenomena associated with cooling to room temperatures indicated above have been completely eliminated.
При выращивании эпитаксиальных слоев состава с величиной x менее 0,85 указанный технический результат недостижим потому, что не обеспечивается необходимая степень селективности травления. В результате на локальных участках поверхности структуры защитный слой удаляется не полностью, а дальнейшее увеличение длительности травления с целью устранения этих участков приводит к нарушению поверхности последнего функционального слоя структуры, что делает структуры непригодными для дальнейшего использования.When growing epitaxial layers of a composition with an x value of less than 0.85, this technical result is unattainable because the required degree of etching selectivity is not provided. As a result, the protective layer is not completely removed at local sites of the structure surface, and a further increase in the etching duration in order to eliminate these sites leads to a violation of the surface of the last functional layer of the structure, which makes the structures unsuitable for further use.
При выращивании эпитаксиальных слоев состава с величиной x более 0,95 указанный технический результат недостижим потому, что на поверхности защитного слоя, вследствие предельно высокого содержания алюминия, образуются устойчивые естественные окислы, препятствующие равномерному химическому травлению.When growing epitaxial layers of a composition with an x value of more than 0.95, this technical result is unattainable because on the surface of the protective layer, due to the extremely high aluminum content, stable natural oxides are formed that impede uniform chemical etching.
Пример 1Example 1
Получение p-i-n структур GaAs для силовых диодов.Obtaining p-i-n GaAs structures for power diodes.
Предварительно взвешивали компоненты исходной шихты. Содержание в растворе-расплаве арсенида галлия определяли из расчета диаграммы состояния Ga-Al-As. Проводили загрузку галлия, компонентов шихты и подложек GaAs p+-типа проводимости в графитовую кассету прокачного типа с вертикальным расположением подложек. Зазор между подложками был выбран 2,5 мм. В кварцевом реакторе в атмосфере водорода с точкой росы около -80°C выполняли предварительный отжиг расплавов галлия с дополнительными примесями (гомогенизацию) для растворения всех компонентов шихты в расплавах и образования растворов-расплавов требуемого состава в течение 90 минут при температуре 940°C и потоке водорода через реактор 3 л/мин, после чего систему охлаждали до температуры 910°C, при которой первый раствор-расплав приводили в контакт с подложками GaAs p+-типа проводимости и начинали кристаллизацию буферного эпитаксиального слоя GaAs p-типа проводимости толщиной 8-11 мкм с концентрацией носителей около 5⋅1016 см-3 путем принудительного охлаждения ростовой системы со скоростью около 0,7°C/мин. Затем при температуре 900°C производили смену растворов-расплавов. Из второго раствора-расплава выращивали основной GaAs p-i-n-слой до температуры 850°C, где опять производили смену растворов-расплавов. Затем выращивали последний функциональный слой - сильнолегированный контактный слой n-типа. Далее последний раз производили смену растворов-расплавов уже для выращивания защитного слой AlxGa1-xAs состава x=0,9 в интервале температур 840-835°C. После этого эпитаксию прекращали, систему охлаждали до комнатной температуры. Графитовую кассету разгружали, структуры отмывали от остатков раствора-расплава по стандартной технологии. Затем с полученных структур методом селективного травления удаляли защитный слой. Удаление защитного слоя с поверхности структур AlxGa1-xAs состава x≤0,6 производят при температуре 110-140°C в течение 20-30 мин в травителе, который содержит компоненты в следующих соотношениях, об. %:The components of the initial charge were pre-weighed. The content of gallium arsenide in the molten solution was determined from the calculation of the state diagram of Ga-Al-As. The gallium, charge components, and GaAs p + -type substrates were loaded into a graphite pumping cassette with a vertical arrangement of substrates. The gap between the substrates was chosen 2.5 mm. In a quartz reactor in a hydrogen atmosphere with a dew point of about -80 ° C, preliminary annealing of gallium melts with additional impurities (homogenization) was performed to dissolve all charge components in the melts and to form solution-melts of the required composition for 90 minutes at a temperature of 940 ° C and flow hydrogen through a reactor of 3 l / min, after which the system was cooled to a temperature of 910 ° C, at which the first melt solution was brought into contact with GaAs substrates of p + type conductivity and crystallization of the Ga epitaxial buffer layer began As p-type conductivity 8–11 μm thick with a carrier concentration of about 5⋅10 16 cm -3 by forced cooling of the growth system at a rate of about 0.7 ° C / min. Then, at a temperature of 900 ° C, melt solutions were changed. The main GaAs pin layer was grown from the second melt solution to a temperature of 850 ° C, where again the melt solutions were changed. Then the last functional layer was grown — a heavily doped n-type contact layer. Then, the last time, melt solutions were changed already for growing a protective Al x Ga 1-x As layer of composition x = 0.9 in the temperature range 840–835 ° C. After this, the epitaxy was stopped, the system was cooled to room temperature. The graphite cartridge was unloaded, the structures were washed from the remnants of the solution-melt according to standard technology. Then, the protective layer was removed from the obtained structures by selective etching. The removal of the protective layer from the surface of Al x Ga 1-x As structures of composition x≤0.6 is carried out at a temperature of 110-140 ° C for 20-30 minutes in an etchant that contains components in the following proportions, vol. %:
- ортофосфорная кислота (85%) - 15-25;- phosphoric acid (85%) - 15-25;
- соляная кислота (37%) - 15-25;- hydrochloric acid (37%) - 15-25;
- глицерин - остальное.- glycerin - the rest.
После удаления защитного слоя готовые структуры имели гладкую поверхность. Толщина эпитаксиальных слоев составила 80 мкм, концентрация носителей на поверхности находилась в интервале (1,5-2,5)⋅1018 см-3. Полученные структуры по качеству поверхности полностью удовлетворяли всем требованиям для дальнейшего изготовления приборов.After removing the protective layer, the finished structures had a smooth surface. The thickness of the epitaxial layers was 80 μm, and the concentration of carriers on the surface was in the range (1.5–2.5) × 10 18 cm –3 . The resulting structures for surface quality fully met all the requirements for the further manufacture of devices.
Для сравнения проводили аналогичный процесс, отличающийся тем, что эпитаксию прекращали при температуре 840°C без использования защитного слоя, систему охлаждали до комнатной температуры. Графитовую кассету разгружали, структуры отмывали от остатков раствора-расплава по стандартной технологии. На поверхности готовых структур наблюдались множественные дефекты в виде ямок и бугорков, образованных в результате спонтанной кристаллизации в расплаве. Поверхность структур такого качества была непригодна для дальнейшего использования и требовала дополнительной обработки.For comparison, a similar process was carried out, characterized in that the epitaxy was stopped at a temperature of 840 ° C without the use of a protective layer, the system was cooled to room temperature. The graphite cartridge was unloaded, the structures were washed from the remnants of the solution-melt according to standard technology. On the surface of the finished structures, multiple defects were observed in the form of pits and tubercles formed as a result of spontaneous crystallization in the melt. The surface of structures of this quality was unsuitable for further use and required additional processing.
Также проводили аналогичный процесс, отличающийся тем, что эпитаксию прекращали при температуре 600°C без использования защитного слоя, систему охлаждали до комнатной температуры. Графитовую кассету разгружали, структуры отмывали от остатков раствора-расплава по стандартной технологии. Структуры имели гладкую поверхность без следов спонтанной кристаллизации. Толщина эпитаксиальных слоев составила 140 мкм, концентрация носителей на поверхности составила (8,5-9,5)⋅1018 см-3. Такая структура была также не пригодна для дальнейшего использования, так как имела избыточную толщину. В результате потребовалась дополнительная дорогостоящая операция химико-механической полировки для удаления избыточного эпитаксиального слоя, однако и после ее проведения основные электрофизические параметры были значительно ниже, чем в варианте с использованием защитного слоя:A similar process was also carried out, characterized in that the epitaxy was stopped at a temperature of 600 ° C without the use of a protective layer, the system was cooled to room temperature. The graphite cartridge was unloaded, the structures were washed from the remnants of the solution-melt according to standard technology. The structures had a smooth surface without traces of spontaneous crystallization. The thickness of the epitaxial layers was 140 μm, the concentration of carriers on the surface was (8.5–9.5) × 10 18 cm –3 . Such a structure was also not suitable for further use, since it had an excess thickness. As a result, an additional expensive chemical-mechanical polishing operation was required to remove the excess epitaxial layer, however, even after it, the basic electrophysical parameters were significantly lower than in the case with the protective layer:
1. Обратное напряжение, В (при обратном токе 10 мкА)1. Reverse voltage, V (at a reverse current of 10 μA)
- с защитным слоем - 800-950;- with a protective layer - 800-950;
- без защитного слоя - 550-700 (наблюдались токи утечки);- without a protective layer - 550-700 (leakage currents were observed);
2. Обратный ток, мкА (при обратном напряжении 600 В)2. Reverse current, μA (at a reverse voltage of 600 V)
- с защитным слоем - 0,5-1,5;- with a protective layer - 0.5-1.5;
- без защитного слоя - 5-50;- without a protective layer - 5-50;
Пример 2Example 2
Получение гетероструктур AlGaAs для светоизлучающих диодов.Obtaining AlGaAs heterostructures for light emitting diodes.
Предварительно взвешивали компоненты исходной шихты. Содержание в растворе-расплаве арсенида галлия и алюминия определяли из расчета диаграммы состояния Ga-Al-As. Проводили загрузку галлия, компонентов шихты и подложек GaAs p+-типа проводимости в графитовую кассету прокачного типа с вертикальным расположением подложек. Зазор между подложками был выбран 1,5 мм. В кварцевом реакторе в атмосфере водорода с точкой росы около -80°C выполняли предварительный отжиг расплавов галлия с дополнительными примесями (гомогенизацию) для растворения всех компонентов шихты в расплавах и образования растворов-расплавов требуемого состава в течение 90 минут при температуре 840°C и потоке водорода через реактор 3 л/мин, после чего систему охлаждали до температуры 800°C, при которой первый раствор-расплав приводили в контакт с подложками GaAs p+-типа проводимости и начинали кристаллизацию эпитаксиального слоя AlxGa1-xAs состава х=0,2 p-типа проводимости, легированного цинком, толщиной 8-10 мкм с концентрацией носителей около 5⋅1017 см-3, путем принудительного охлаждения ростовой системы со скоростью около 0,5°C/мин. Затем при температуре 770°C производили смену растворов-расплавов. Из второго раствора-расплава выращивали активную область светодиода GaAs p-типа проводимости, легированную цинком, толщиной 1,5-2,0 мкм с концентрацией носителей около 5⋅1016 см-3 до температуры 764°C, путем принудительного охлаждения ростовой системы со скоростью около 0,5°C/мин, где опять производили смену растворов-расплавов. Из третьего раствора-расплава выращивали слой AlxGa1-xAs состава x=0,35 n-типа проводимости, легированный теллуром, толщиной 12-15 мкм с концентрацией носителей около 1⋅1018 см-3, путем принудительного охлаждения ростовой системы со скоростью около 1,5°C/мин до температуры 730°C. Далее в интервале температур 730-720°C из четвертого раствора-расплава выращивали защитный слой AlxGa1-xAs состава x=0,9. После этого эпитаксию прекращали, систему охлаждали до комнатной температуры. Графитовую кассету разгружали, структуры отмывали от остатков раствора-расплава по стандартной технологии. Затем с полученных структур удаляли защитный слой. После удаления защитного слоя готовые структуры имели гладкую поверхность с отдельными точечными дефектами в виде включений второй фазы, содержащей примесь теллура, с плотностью 0,23 см-2.The components of the initial charge were pre-weighed. The content of gallium and aluminum arsenide in the molten solution was determined from the calculation of the Ga – Al – As state diagram. The gallium, charge components, and GaAs p + -type substrates were loaded into a graphite pumping cassette with a vertical arrangement of substrates. The gap between the substrates was 1.5 mm. In a quartz reactor in a hydrogen atmosphere with a dew point of about -80 ° C, preliminary annealing of gallium melts with additional impurities (homogenization) was performed to dissolve all components of the charge in the melts and form solution-melts of the required composition for 90 minutes at a temperature of 840 ° C and flow hydrogen through a reactor of 3 l / min, after which the system was cooled to a temperature of 800 ° C, at which the first solution-melt was brought into contact with GaAs p + -type substrates and crystallization of the Al x Ga 1-x As co epitaxial layer started tava x = 0.2 p-type conductivity doped with zinc, 8-10 μm thick with a carrier concentration of about 5⋅10 17 cm -3 , by forced cooling of the growth system at a rate of about 0.5 ° C / min. Then, at a temperature of 770 ° C, melt solutions were changed. From the second melt solution, an active region of a p-type GaAs LED doped with zinc, 1.5–2.0 μm thick with a carrier concentration of about 5 × 10 16 cm –3, to a temperature of 764 ° C was grown by forced cooling of the growth system with at a rate of about 0.5 ° C / min, where again the melt solutions were changed. An Al x Ga 1-x As layer of composition x = 0.35 n-type conductivity doped with tellurium, 12-15 μm thick with a carrier concentration of about 1⋅10 18 cm -3 , was grown from the third melt solution by forced cooling of the growth system at a rate of about 1.5 ° C / min to a temperature of 730 ° C. Then, in the temperature range 730–720 ° C, a protective Al x Ga 1-x As layer of composition x = 0.9 was grown from the fourth melt solution. After this, the epitaxy was stopped, the system was cooled to room temperature. The graphite cartridge was unloaded, the structures were washed from the remnants of the solution-melt according to standard technology. Then, the protective layer was removed from the resulting structures. After removal of the protective layer, the finished structures had a smooth surface with individual point defects in the form of inclusions of the second phase containing tellurium impurity with a density of 0.23 cm -2 .
Для сравнения проводили аналогичный процесс, отличающийся тем, что эпитаксию прекращали при температуре 730°C без заливки защитного слоя, систему охлаждали до комнатной температуры. Графитовую кассету разгружали, структуры отмывали от остатков раствора-расплава по стандартной технологии. На поверхности готовых структур наблюдались множественные точечные дефекты в виде включений второй фазы, по-видимому, содержащую теллур с плотностью 15,6 см-2.For comparison, a similar process was carried out, characterized in that the epitaxy was stopped at a temperature of 730 ° C without pouring a protective layer, the system was cooled to room temperature. The graphite cartridge was unloaded, the structures were washed from the remnants of the solution-melt according to standard technology. On the surface of the finished structures, multiple point defects were observed in the form of inclusions of the second phase, apparently containing tellurium with a density of 15.6 cm -2 .
Из полученных в обоих процессах эпитаксиальных структур были изготовлены диоды с использованием стандартных методов фотолитографии, травления, напыления и вжигания контактов. Результаты измерения электрофизических характеристик светоизлучающих диодов показали, что приборы, полученные с использованием защитного слоя, имеют лучшие показатели по следующим параметрам:Diodes were fabricated from the epitaxial structures obtained in both processes using standard methods of photolithography, etching, sputtering, and contact burning. The results of measuring the electrophysical characteristics of light-emitting diodes have shown that devices obtained using a protective layer have better performance in the following parameters:
1. Мощность излучения, мВт/ср:1. Radiation power, mW / sr:
- с защитным слоем - 1,1-1,2;- with a protective layer - 1.1-1.2;
- без защитного слоя - 0,88-0,95;- without a protective layer - 0.88-0.95;
2. Обратный ток, мкА (при обратном напряжении 6 В):2. Reverse current, µA (with a reverse voltage of 6 V):
- с защитным слоем - 1,0-1,5;- with a protective layer - 1.0-1.5;
- без защитного слоя - 10,2-20,9.- without a protective layer - 10.2-20.9.
Таким образом, предложенный способ получения многослойных гетероэпитаксиальных структур в системе AlGaAs методом ЖФЭ позволяет исключить прецизионную операцию удаления излишне выращенного функционального слоя, заменив ее на операцию удаления дополнительного слоя.Thus, the proposed method for producing multilayer heteroepitaxial structures in the AlGaAs system by the HPE method allows one to exclude the precision operation of removing an excessively grown functional layer, replacing it with the operation of removing an additional layer.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016136965A RU2639263C1 (en) | 2016-09-15 | 2016-09-15 | METHOD OF PRODUCING MULTILAYER HETEROEPITAXIAL STRUCTURES IN AlGaAs SYSTEM BY LIQUID-PHASE EPITAXY METHOD |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016136965A RU2639263C1 (en) | 2016-09-15 | 2016-09-15 | METHOD OF PRODUCING MULTILAYER HETEROEPITAXIAL STRUCTURES IN AlGaAs SYSTEM BY LIQUID-PHASE EPITAXY METHOD |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2639263C1 true RU2639263C1 (en) | 2017-12-20 |
Family
ID=60718830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016136965A RU2639263C1 (en) | 2016-09-15 | 2016-09-15 | METHOD OF PRODUCING MULTILAYER HETEROEPITAXIAL STRUCTURES IN AlGaAs SYSTEM BY LIQUID-PHASE EPITAXY METHOD |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2639263C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2744350C1 (en) * | 2020-06-22 | 2021-03-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | METHOD FOR MANUFACTURING THE SEMICONDUCTOR P-I-N STRUCTURE BASED ON GAAS-AlGAAS COMPOUNDS BY LIQUID-PHASE EPITAXY |
| RU2755769C1 (en) * | 2021-02-25 | 2021-09-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method for manufacturing a light-emitting diode |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3853643A (en) * | 1973-06-18 | 1974-12-10 | Bell Telephone Labor Inc | Epitaxial growth of group iii-v semiconductors from solution |
| US3960618A (en) * | 1974-03-27 | 1976-06-01 | Hitachi, Ltd. | Epitaxial growth process for compound semiconductor crystals in liquid phase |
| US4030949A (en) * | 1974-07-04 | 1977-06-21 | Nippon Telegraph And Telephone Public Corporation | Method of effecting liquid phase epitaxial growth of group III-V semiconductors |
| JPS5555522A (en) * | 1978-10-19 | 1980-04-23 | Fujitsu Ltd | Method of epitaxial growth at liquid phase |
| JPS616195A (en) * | 1984-06-21 | 1986-01-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Liquid phase epitaxial growth process |
| US5482555A (en) * | 1991-05-16 | 1996-01-09 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Liquid-phase epitaxy growth system and method for growing epitaxial layer |
| RU2297690C1 (en) * | 2005-10-24 | 2007-04-20 | Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Method for manufacturing superconductor heterostructure around a3b5 compounds by way of liquid-phase epitaxy |
-
2016
- 2016-09-15 RU RU2016136965A patent/RU2639263C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3853643A (en) * | 1973-06-18 | 1974-12-10 | Bell Telephone Labor Inc | Epitaxial growth of group iii-v semiconductors from solution |
| US3960618A (en) * | 1974-03-27 | 1976-06-01 | Hitachi, Ltd. | Epitaxial growth process for compound semiconductor crystals in liquid phase |
| US4030949A (en) * | 1974-07-04 | 1977-06-21 | Nippon Telegraph And Telephone Public Corporation | Method of effecting liquid phase epitaxial growth of group III-V semiconductors |
| JPS5555522A (en) * | 1978-10-19 | 1980-04-23 | Fujitsu Ltd | Method of epitaxial growth at liquid phase |
| JPS616195A (en) * | 1984-06-21 | 1986-01-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Liquid phase epitaxial growth process |
| US5482555A (en) * | 1991-05-16 | 1996-01-09 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Liquid-phase epitaxy growth system and method for growing epitaxial layer |
| RU2297690C1 (en) * | 2005-10-24 | 2007-04-20 | Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Method for manufacturing superconductor heterostructure around a3b5 compounds by way of liquid-phase epitaxy |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2744350C1 (en) * | 2020-06-22 | 2021-03-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | METHOD FOR MANUFACTURING THE SEMICONDUCTOR P-I-N STRUCTURE BASED ON GAAS-AlGAAS COMPOUNDS BY LIQUID-PHASE EPITAXY |
| RU2755769C1 (en) * | 2021-02-25 | 2021-09-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method for manufacturing a light-emitting diode |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20080280427A1 (en) | Low etch pit density (EPD) semi-insulating GaAs wafers | |
| US20050059229A1 (en) | Method of manufacturing Group III nitride crystal substrate, etchant used in the method, Group III nitride crystal substrate, and semiconductor device including the same | |
| US3960618A (en) | Epitaxial growth process for compound semiconductor crystals in liquid phase | |
| RU2639263C1 (en) | METHOD OF PRODUCING MULTILAYER HETEROEPITAXIAL STRUCTURES IN AlGaAs SYSTEM BY LIQUID-PHASE EPITAXY METHOD | |
| JPH10229093A (en) | Production of silicon epitaxial wafer | |
| US4142924A (en) | Fast-sweep growth method for growing layers using liquid phase epitaxy | |
| RU2668661C2 (en) | METHOD OF PRODUCING MULTILAYER EPITAXIAL P-I-N STRUCTURE BASED ON GaAs-GaAlAs COMPOUNDS BY METHOD OF LIQUID-PHASE EPITAXY | |
| KR20210125942A (en) | Silicon wafer and manufacturing method of the same | |
| RU2610388C2 (en) | Method of simultaneous production of p-i-n structure of gaas with p, i and n area in one epitaxial layer | |
| US4500367A (en) | LPE Growth on group III-V compound semiconductor substrates containing phosphorus | |
| Mahajan et al. | Manifestations of melt‐carry‐over in InP and InGaAsP layers grown by liquid phase epitaxy | |
| US4566934A (en) | Cleaning technique for LPE melt ingots | |
| JP4211897B2 (en) | Liquid phase epitaxial growth method | |
| RU2744350C1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING THE SEMICONDUCTOR P-I-N STRUCTURE BASED ON GAAS-AlGAAS COMPOUNDS BY LIQUID-PHASE EPITAXY | |
| US4620854A (en) | Method of preparing indium ingots | |
| Abdullah | Morphological Study of SiGe Solid Solution Growth Epilayers | |
| CN115135818B (en) | Method for manufacturing semiconductor silicon wafer | |
| RU2638575C1 (en) | Method of producing semiconductor structures by liquid phase epitaxy with high uniformity on thickness of epitaxial layers | |
| WO2022168369A1 (en) | Indium phosphide substrate, semiconductor epitaxial wafer, method for producing indium phosphide single crystal ingot, and method for producing indium phosphide substrate | |
| HEINZ | Brief communication. Reduction of dislocation density by thermal annealing of (100) gallium antimonide substrates | |
| KR20230130114A (en) | Manufacturing method of silicon single crystal | |
| EP0244479B1 (en) | Process for producing a semi-isolating substrate made of thermally stable and non-dislocated iii-v material | |
| JPH0475651B2 (en) | ||
| JP5981356B2 (en) | Compound semiconductor single crystal, compound semiconductor wafer, and method for producing compound semiconductor single crystal | |
| JPH0242771A (en) | Light-emitting semiconductor element substrate and manufacture thereof |