RU2668661C2 - METHOD OF PRODUCING MULTILAYER EPITAXIAL P-I-N STRUCTURE BASED ON GaAs-GaAlAs COMPOUNDS BY METHOD OF LIQUID-PHASE EPITAXY - Google Patents
METHOD OF PRODUCING MULTILAYER EPITAXIAL P-I-N STRUCTURE BASED ON GaAs-GaAlAs COMPOUNDS BY METHOD OF LIQUID-PHASE EPITAXY Download PDFInfo
- Publication number
- RU2668661C2 RU2668661C2 RU2016142023A RU2016142023A RU2668661C2 RU 2668661 C2 RU2668661 C2 RU 2668661C2 RU 2016142023 A RU2016142023 A RU 2016142023A RU 2016142023 A RU2016142023 A RU 2016142023A RU 2668661 C2 RU2668661 C2 RU 2668661C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- temperature
- gaas
- gaalas
- solution
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 8
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 19
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 3
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 12
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 abstract description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 6
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H01L21/208—
Landscapes
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения многослойных полупроводниковых структур из соединений A3B5 методом жидкофазной эпитаксии, а более конкретно к способам изготовления полупроводниковых p-i-n структур в системе GaAs-GaAlAs для силовой электронной техники.The invention relates to a technology for producing multilayer semiconductor structures from A 3 B 5 compounds by liquid phase epitaxy, and more particularly to methods for manufacturing semiconductor pin structures in a GaAs-GaAlAs system for power electronic equipment.
Преимущества системы GaAs-GaAlAs для задач силовой электроники принципиально могут быть реализованы при использовании многослойных p-i-n структур с протяженной высокоомной i-областью, которая обеспечивает высокие значения обратного пробивного напряжения (Uобр.).The advantages of the GaAs-GaAlAs system for power electronics can be realized in principle by using multilayer pin structures with an extended high-resistance i-region, which provides high values of the reverse breakdown voltage (U arr. ).
Для получения p-i-n структур GaAs-GaAlAs с протяженной высокоомной i-областью и комплексом глубоких уровней (ГУ), обеспечивающим высокое быстродействие прибора, наилучшим образом подходит метод жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) в варианте, когда в качестве легирующих компонентов используют оксиды галлия и кремния [Крюков В.Л., Крюков Е.В., Меерович Л.А., Стрельченко С.С., Стрельченко С.С., Титивкин К.А. Перспективная технология получения высоковольтных p-i-n-структур GaAs-GaAlAs для силовой электроники / Наукоемкие технологии, 2014, №2, стр. 42-46].To obtain pin structures of GaAs-GaAlAs with an extended high-resistance i-region and a complex of deep levels (GU) that provide high performance of the device, the method of liquid phase epitaxy (LPE) is best suited in the case when gallium and silicon oxides are used as alloying components [Kryukov V.L., Kryukov E.V., Meerovich L.A., Strelchenko S.S., Strelchenko S.S., Titivkin K.A. Promising technology for producing high-voltage p-i-n structures GaAs-GaAlAs for power electronics / High-tech technologies, 2014, No. 2, pp. 42-46].
Известен способ (RU, патент 2488911, опубл. 27.07.2013) изготовления полупроводниковой p-i-n структуры на основе соединений GaAs-GaAlAs методом жидкофазной эпитаксии. В данном способе формирование высокоомной i-области происходит в ходе выращивания эпитаксиального слоя в интервале температур 900-840°C в ростовом зазоре 2,5 мм.A known method (RU, patent 2488911, publ. 07.27.2013) for the manufacture of a semiconductor p-i-n structure based on GaAs-GaAlAs compounds by liquid phase epitaxy. In this method, the formation of a high-resistance i-region occurs during the growth of the epitaxial layer in the temperature range 900-840 ° C in a growth gap of 2.5 mm
Данный метод позволяет получать структуры со значениями обратного пробивного напряжения до 1200 B. Однако для целого ряда применений требуются структуры с Uo6p. более 1200 B, например, для трехфазных инверторов. Для повышения обратного пробивного напряжения в p-i-n структурах GaAs-GaAlAs необходимо увеличивать толщину высокоомной i-области, на что известный способ имеет свои ограничения.This method allows to obtain structures with values of reverse breakdown voltage up to 1200 V. However, for a number of applications, structures with U o6p are required. more than 1200 V, for example, for three-phase inverters. To increase the reverse breakdown voltage in the pin structures of GaAs-GaAlAs, it is necessary to increase the thickness of the high-resistance i-region, for which the known method has its limitations.
В технологии ЖФЭ существует два основных варианта повышения толщины эпитаксиального слоя: увеличение толщины раствора-расплава, из которого происходит эпитаксиальное наращивание, что в устройствах прокачного типа соответствует увеличению ростового зазора между подложками, или же повышение начальной температуры процесса.In the LPE technology, there are two main options for increasing the thickness of the epitaxial layer: increasing the thickness of the melt solution from which epitaxial growth occurs, which in pumping devices corresponds to an increase in the growth gap between the substrates, or an increase in the initial process temperature.
Однако каждый из этих вариантов несет свои недостатки. Для варианта, связанного с увеличением толщины раствора-расплава, это диффузионные ограничения. Необходимая расчетная ширина ростового зазора для получения достаточной толщины i-области, соответствующей обратным пробивным напряжениям свыше 1200 B, должна составлять не менее 4,5 мм. Но при таком увеличении ростового зазора даже при низких скоростях охлаждения не успевает происходить процесс диффузионного перераспределения мышьяка в ростовом зазоре и в объеме раствора-расплава развивается спонтанная кристаллизация, что приводит, наоборот, к уменьшению толщины эпитаксиального слоя. С другой стороны, увеличение начальной температуры роста в известном способе не приводит к эффективному увеличению толщины i-области, поскольку коэффициенты распределения примесей жестко привязаны к температуре. Попытка сместить положение p-n-перехода за счет изменения концентрации легирующих примесей приводит либо к сужению i-области, либо к формированию на вольт-амперных характеристиках структуры классической тиристорной области, что приводит к полной ее непригодности для дальнейшего использования в приборах.However, each of these options has its drawbacks. For the option associated with an increase in the thickness of the melt solution, these are diffusion restrictions. The required calculated width of the growth gap to obtain a sufficient thickness of the i-region corresponding to reverse breakdown voltages above 1200 V should be at least 4.5 mm. But with such an increase in the growth gap, even at low cooling rates, the process of diffusion redistribution of arsenic does not have time to occur in the growth gap and spontaneous crystallization develops in the volume of the melt solution, which leads, on the contrary, to a decrease in the thickness of the epitaxial layer. On the other hand, an increase in the initial growth temperature in the known method does not lead to an effective increase in the thickness of the i-region, since the distribution coefficients of impurities are rigidly attached to the temperature. An attempt to shift the position of the pn junction due to a change in the concentration of doping impurities leads either to a narrowing of the i-region or to the formation of the structure of a classical thyristor region on the current-voltage characteristics, which leads to its complete unsuitability for further use in devices.
Так, при увеличении начальной температуры формирования эпитаксиального слоя, содержащего высокоомную i-область, в известном способе до 915°C в начальной p-области структуры образуется узкая паразитная n-область. Образование тиристорной характеристики связано с тем, что присутствующий в расплаве кремний, восстановленный водородом из окисла SiO2, при температурах выше 885-895°C (температурной области инверсии типа проводимости для примеси кремния в арсениде галлия), входит в подрешетку галлия и формирует донорный уровень. Попытка устранить паразитную область n-типа введением акцепторной примеси (Zn, Ge) всегда приводит к сужению i-области и, соответственно, падению значений обратного пробивного напряжения.Thus, with an increase in the initial temperature of formation of an epitaxial layer containing a high-resistance i-region, in the known method up to 915 ° C, a narrow parasitic n-region is formed in the initial p-region of the structure. The formation of the thyristor characteristic is due to the fact that silicon present in the melt, reduced with hydrogen from SiO 2 oxide, at temperatures above 885-895 ° C (the temperature region of the inversion of the conductivity type for silicon impurities in gallium arsenide) enters the gallium sublattice and forms a donor level . An attempt to eliminate the n-type parasitic region by introducing an acceptor impurity (Zn, Ge) always leads to a narrowing of the i-region and, accordingly, a decrease in the values of the reverse breakdown voltage.
Также толщина высокоомной i-области может быть увеличена за счет варьирования скорости охлаждения ростового устройства в определенных температурных интервалах.Also, the thickness of the high-resistance i-region can be increased by varying the cooling rate of the growth device in certain temperature ranges.
Известен способ единовременного получения p-i-n структуры GaAs-GaAlAs, имеющей p-, i- и n-области в одном эпитаксиальном слое (положительное решение по заявке №2015112975/28 (020315) от 15.06.2016). Сущность известного способа состоит в том, что в ходе процесса жидкофазной эпитаксии при выращивании эпитаксиального слоя, содержащего высокоомную i-область, ограниченную с двух сторон слаболегированными p-- и n--областями, применяют режим принудительного охлаждения, включающий в себя как минимум два этапа с различной скоростью охлаждения: первый - с более быстрой скоростью охлаждения в диапазоне Vохл.=1.0-2.0°C/мин и второй – с медленной скоростью охлаждения Vохл.=0.1-0.5°C/мин, а изменение скорости охлаждения производят при температуре инверсии типа проводимости.A known method for the one-time production of a pin structure of GaAs-GaAlAs having p-, i- and n-regions in one epitaxial layer (positive decision on the application No. 20155112975/28 (020315) from 06/15/2016). The essence of the known method is that during the process of liquid phase epitaxy for growing an epitaxial layer containing high-resistance i-region bounded on two sides weakly doped p - - and n - -domains, apply forced cooling mode, comprising at least two stages with different cooling speeds: the first - with faster cooling speeds in the range of V cool . = 1.0-2.0 ° C / min and the second - with a slow cooling rate V cool . = 0.1-0.5 ° C / min, and a change in the cooling rate is performed at an inversion temperature of the conductivity type.
Способ позволяет выращивать структуры с обратным пробивным напряжением до 1300 B, однако при этом толщина i-области остается ограниченной начальной температурой ее формирования.The method allows to grow structures with reverse breakdown voltage up to 1300 V, however, the thickness of the i-region remains limited by the initial temperature of its formation.
Техническая задача, на решение которой направлен предлагаемый способ, состоит в устранении причин возникновения паразитной области n-типа в ходе выращивания p-i-n структур GaAs-GaAlAs с протяженной высокоомной i-областью методом ЖФЭ при повышении температуры начала эпитаксии.The technical problem to which the proposed method is aimed is to eliminate the causes of the occurrence of an n-type parasitic region during the growth of p-i-n GaAs-GaAlAs structures with an extended high-resistance i-region by the HPE method with an increase in the temperature of the onset of epitaxy.
Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого способа, состоит в повышении значений обратного пробивного напряжения одновременно с устранением тиристорных областей на вольт-амперных характеристиках получаемых структур.The technical result achieved by the implementation of the proposed method consists in increasing the values of the reverse breakdown voltage simultaneously with the elimination of the thyristor regions on the current-voltage characteristics of the resulting structures.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать способ изготовления полупроводниковой р-i-n структуры на основе соединений GaAs-GaAlAs методом жидкофазной эпитаксии, включающий нагрев исходной шихты до определенной температуры для образования насыщенного раствора-расплава, компонентный состав которого формируют путем предварительного введения в исходную шихту в определенных количествах, как минимум, двух дополнительных твердых компонентов, представляющих собой двуокись кремния SiO2 и окисел галлия состава Ga2O3, выдержку раствора-расплава на этой температуре определенное время, взаимодействие раствора-расплава с компонентами для формирования необходимого состава раствора-расплава, осуществление контакта подложки с полученным раствором-расплавом, последующее принудительное охлаждение для выращивания эпитаксиального слоя, имеющего p-i-n структуру, удаление подложки, покрытой эпитаксиальным слоем, имеющим p-i-n структуру, из-под расплава, причем до температурной области инверсии примеси кремния в арсениде галлия 885-895°C эпитаксиальный процесс проводят в атмосфере высокочистого инертного газа, а далее до температуры окончания эпитаксии - в атмосфере высокочистого водорода.To achieve the indicated technical result, it is proposed to use a method for manufacturing a semiconductor p-in structure based on GaAs-GaAlAs compounds by liquid-phase epitaxy, including heating the initial charge to a certain temperature to form a saturated melt solution, the component composition of which is formed by preliminary introduction into the initial charge in certain amounts of at least two additional solid components, which are silicon dioxide SiO 2 and gallium oxide composition Ga 2 O 3 holding the melt solution at this temperature for a certain time, interaction of the melt solution with the components to form the necessary composition of the melt solution, contacting the substrate with the obtained melt solution, subsequent forced cooling to grow an epitaxial layer having a pin structure, removing the coated substrate an epitaxial layer having a pin structure from under the melt, and up to the temperature range of inversion of silicon impurities in gallium arsenide 885-895 ° C, the epitaxial process DYT a high purity inert gas atmosphere, and further to a temperature epitaxy closure - in an atmosphere of high purity hydrogen.
Известно [Берман Л.С., Данильченко В.Г., Корольков В.И., Солдатенков Ф.Ю. - Глубокоуровневые центры в нелегированных слоях p-GaAs, выращенных методом жидкофазной эпитаксии / ФТП 2000, т. 34, вып. 5, стр. 558-561], что в слоях p-типа проводимости, выращенных в атмосфере водорода и аргона, образуются различные ГУ, причем при выращивании в аргоне концентрация ГУ меньше, что объясняется значительно меньшей концентрацией кислорода и кремния. ГУ в образцах, выращенных в водороде, идентичны центрам HL2 и HL5, а в образцах, выращенных в аргоне, идентичны мышьяку в подрешетке галлия (центр HM1). Наличие ГУ HL2 и HL5 в образцах, выращенных в водороде, и их отсутствие в образцах, выращенных в аргоне, указывает на существенное влияние на формирование этих ГУ процесса взаимодействия водорода с примесями - кремнием и кислородом.It is known [Berman L.S., Danilchenko V.G., Korolkov V.I., Soldatenkov F.Yu. - Deep-level centers in undoped p-GaAs layers grown by liquid-phase epitaxy / FTP 2000, v. 34, no. 5, p. 558-561], that in the p-type layers grown in an atmosphere of hydrogen and argon, different GCs are formed, and when grown in argon, the GC concentration is lower, which is explained by a significantly lower concentration of oxygen and silicon. The HIs in the samples grown in hydrogen are identical to the HL2 and HL5 centers, and in the samples grown in argon, they are identical to the arsenic in the gallium sublattice (center HM1). The presence of HL2 and HL5 GUs in samples grown in hydrogen, and their absence in argon-grown samples, indicates a significant influence on the formation of these GUs by the interaction of hydrogen with impurities - silicon and oxygen.
В ходе процесса выращивания в атмосфере водорода происходит восстановление оксида кремния, присутствующего в расплаве в качестве легирующего компонента. При этом расплав обогащается кремнием, который до точки своей температурной инверсии имеет донорную природу и, соответственно, может формировать неконтролируемые области n-типа проводимости. Использование инертного газа позволяет значительно уменьшить концентрацию кремния в растворе-расплаве за счет подавления реакции восстановления оксида кремния водородом. Тем самым при температурах выше температурной области инверсии кремния исключается перекомпенсация акцепторных уровней донорным уровнем кремния, что, в свою очередь позволяет использовать более высокие температуры начала эпитаксиального процесса, выращивать высокоомные i-области больший толщины, и, как следствие, получать более высокие значения обратного пробивного напряжения при одновременном исключении опасности возникновения тиристорных областей на вольт-амперных характеристиках.During the process of growing in a hydrogen atmosphere, the silicon oxide present in the melt as an alloying component is reduced. In this case, the melt is enriched with silicon, which up to the point of its temperature inversion has a donor nature and, accordingly, can form uncontrolled regions of n-type conductivity. The use of an inert gas can significantly reduce the concentration of silicon in the melt solution by suppressing the reaction of reduction of silicon oxide with hydrogen. Thus, at temperatures above the temperature range of silicon inversion, overcompensation of acceptor levels by the donor level of silicon is excluded, which, in turn, allows one to use higher temperatures of the onset of the epitaxial process, to grow high-resistance i-regions of greater thickness, and, as a result, to obtain higher values of the reverse breakdown voltage while eliminating the danger of the occurrence of thyristor regions on the current-voltage characteristics.
При реализации способа могут быть использованы любые инертные газы, не обладающие, как и примеси в них, восстановительными свойствами, вызывающими восстановление кремния.When implementing the method, any inert gases that do not have, like impurities in them, reducing properties that cause silicon reduction can be used.
Разработанный способ может быть реализован при любых вариантах метода жидкофазной эпитаксии получения многослойной эпитаксиальной p-i-n структуры на основе соединений GaAs-GaAlAs.The developed method can be implemented with any version of the liquid-phase epitaxy method for producing a multilayer epitaxial p-i-n structure based on GaAs-GaAlAs compounds.
Пример 1Example 1
Получение p-i-n структур GaAs-GaAlAs для силовых диодов.Obtaining p-i-n GaAs-GaAlAs structures for power diodes.
Предварительно взвешивали компоненты исходной шихты в следующих пропорциях:Pre-weighed the components of the original mixture in the following proportions:
- Ga2O3 - 0.55 вес. %;- Ga 2 O 3 - 0.55 weight. %;
- SiO2 - 0.22 вес. %.- SiO 2 - 0.22 weight. %
Содержание в растворе-расплаве арсенида галлия определяли из расчета диаграммы состояния Al-Ga-As.The content of gallium arsenide in the molten solution was determined from the calculation of the Al – Ga – As state diagram.
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 проводили предварительный отжиг расплавов галлия с дополнительными примесями (гомогенизацию) для растворения всех компонентов шихты в расплавах и образования растворов-расплавов требуемого состава в течение 70 минут при температуре 950°C и потоке водорода через реактор 3 л/мин, после чего систему охлаждали до температуры 920°C, при которой первый раствор-расплав приводили в контакт с подложками GaAs p+-типа проводимости и начинали кристаллизацию буферного эпитаксиального слоя 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 915°C производили смену растворов-расплавов. Из второго раствора-расплава выращивали основной эпитаксиальный слой с высокоомной i-областью до температуры 850°C, где опять производили смену растворов-расплавов. Толщина эпитаксиального слоя с высокоомной областью составляла 100-110 мкм. Далее в интервале температур 850-845°C из третьего раствора-расплава выращивали контактный n+-слой толщиной 3.5-4.5 мкм с концентрацией носителей (1.5-2.0)⋅1018 см-3. После этого очередной сменой раствора-расплава эпитаксию прекращали, систему охлаждали до комнатной температуры. Графитовую кассету разгружали, полученные структуры химически отмывали от остатков раствора-расплава по стандартной технологии. Из полученных эпитаксиальных структур GaAs-GaAlAs были изготовлены диоды с использованием стандартных методов фотолитографии, травления, напыления и вжигания контактов. Измерения характеристик приборов проводили в непрерывном и импульсном режимах при комнатной температуре (20°C). Результаты измерений приведены ниже: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 carried out to dissolve all charge components in the melts and form solution melts of the required composition for 70 minutes at a temperature of 950 ° C and a stream hydrogen through a reactor of 3 l / min, after which the system was cooled to a temperature of 920 ° C, at which the first melt solution was brought into contact with GaAs p + -type substrates and crystallization of the buffer epitaxial layer began p-type conductivity 8–11 μm thick with a carrier concentration of about 5 около10 16 cm -3 , by forced cooling of the growth system at a rate of about 0.7 ° C / min. Then, at a temperature of 915 ° C, the melt solutions were changed. The main epitaxial layer with a high-resistance i-region was grown from the second melt solution to a temperature of 850 ° C, where the melt solutions were again changed. The thickness of the epitaxial layer with a high resistance region was 100-110 μm. Then, in the temperature range 850–845 ° C, a n + contact layer 3.5–4.5 μm thick with a carrier concentration of (1.5–2.0) × 10 18 cm –3 was grown from the third melt solution. After this, by another change of the melt solution, the epitaxy was stopped, the system was cooled to room temperature. The graphite cartridge was unloaded, the resulting structures were chemically washed from the remnants of the melt solution using standard technology. Diodes were fabricated from the obtained GaAs-GaAlAs epitaxial structures 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 measurement results are shown below:
UR - 1200-1300 B (при токе 100 мкА). При увеличении обратного тока более 500 мкА происходил необратимый пробой диода, лавинный пробой не наблюдался.U R - 1200-1300 B (at a current of 100 μA). With an increase in the reverse current of more than 500 μA, an irreversible breakdown of the diode occurred; no avalanche breakdown was observed.
Прямое падение напряжения на диоде (UF) составило величину более 20 B, при этом на вольт-амперной характеристике наблюдалась S-образность, характерная для тиристорной области. При этом время обратного восстановления (trr) измерить не удалось, т.к. не устанавливался прямой ток.The direct voltage drop across the diode (U F ) amounted to more than 20 B, while the S-shaped characteristic of the thyristor region was observed on the current-voltage characteristic. At the same time, the reverse recovery time (t rr ) could not be measured, because direct current was not established.
Таким образом, выращенные по указанной технологии p-i-n структуры GaAs-GaAlAs оказались полностью непригодны для изготовления силовых диодов.Thus, GaAs-GaAlAs structures grown by the indicated p-i-n technology turned out to be completely unsuitable for the manufacture of power diodes.
Пример 2Example 2
Проводили аналогичный эпитаксиальный процесс выращивания p-i-n структуры GaAs-GaAlAs, отличающийся тем, что эпитаксию начинали проводить в атмосфере аргона (AIRLIQUIDE марки ARCAL 1 чистотой 99,998%) при протоке через реактор 3 л/мин. При температуре 890°C производили смену подачи аргона в реактор на подачу водорода с точкой росы около -80°C. Из полученных эпитаксиальных структур были изготовлены диоды, параметры которых приведены ниже:A similar epitaxial process was performed for growing the p-i-n GaAs-GaAlAs structure, characterized in that the epitaxy was started in an argon atmosphere (AIRLIQUIDE grade ARCAL 1 with a purity of 99.998%) with a flow through the reactor of 3 l / min. At a temperature of 890 ° C, the argon feed to the reactor was changed to a hydrogen feed with a dew point of about -80 ° C. Diodes were made from the obtained epitaxial structures, the parameters of which are given below:
UR - 1500-1600 B;U R - 1500-1600 B;
UF - 1,5-1,7 B (при этом на вольт-амперной характеристике не наблюдалась S-образность);U F - 1.5-1.7 B (in this case, the S-shape was not observed on the current-voltage characteristic);
trr - 15-20 нс.t rr - 15-20 ns.
Таким образом, предложенный способ позволяет увеличить толщину i-области, а соответственно, и повысить значения обратного пробивного напряжения при сохранении диодной структуры прибора (отсутствии S-образности на ВАХ) за счет повышения начальной температуры наращивания эпитаксиального слоя, содержащего высокоомную область.Thus, the proposed method allows to increase the thickness of the i-region and, accordingly, to increase the values of the reverse breakdown voltage while maintaining the diode structure of the device (the absence of S-shape on the I – V characteristic) by increasing the initial temperature of the build-up of the epitaxial layer containing the high-resistance region.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016142023A RU2668661C2 (en) | 2016-10-27 | 2016-10-27 | METHOD OF PRODUCING MULTILAYER EPITAXIAL P-I-N STRUCTURE BASED ON GaAs-GaAlAs COMPOUNDS BY METHOD OF LIQUID-PHASE EPITAXY |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016142023A RU2668661C2 (en) | 2016-10-27 | 2016-10-27 | METHOD OF PRODUCING MULTILAYER EPITAXIAL P-I-N STRUCTURE BASED ON GaAs-GaAlAs COMPOUNDS BY METHOD OF LIQUID-PHASE EPITAXY |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016142023A RU2016142023A (en) | 2018-04-27 |
| RU2016142023A3 RU2016142023A3 (en) | 2018-04-27 |
| RU2668661C2 true RU2668661C2 (en) | 2018-10-02 |
Family
ID=62044353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016142023A RU2668661C2 (en) | 2016-10-27 | 2016-10-27 | METHOD OF PRODUCING MULTILAYER EPITAXIAL P-I-N STRUCTURE BASED ON GaAs-GaAlAs COMPOUNDS BY METHOD OF LIQUID-PHASE EPITAXY |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2668661C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2727124C1 (en) * | 2020-02-05 | 2020-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "МеГа Эпитех" | Method of producing low-alloy layer of gaas by liquid-phase epitaxy |
| RU2735129C1 (en) * | 2020-03-14 | 2020-10-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт материаловедения им. А. Ю. Малинина" (АО "НИИ МВ") | Apparatus and method for cooling epitaxial structures |
| RU2749501C1 (en) * | 2020-10-06 | 2021-06-11 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭПИКОМ" | Method for obtaining p-i-n structure based on gaas-gaalas compounds by liquid-phase epitaxy |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA8064A (en) * | 1995-11-29 | 1995-12-26 | Мале Приватне Підприємство-Фірма "Авт-Україна" | METHOD FOR GROWING PROCESS FROM GaAs EPITAXIAL LAYER DIODE P-I-N STRUCTURES |
| US5733815A (en) * | 1992-05-22 | 1998-03-31 | Ramot University Authority For Applied Research & Industrial Development Ltd. | Process for fabricating intrinsic layer and applications |
| 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 |
| 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 |
-
2016
- 2016-10-27 RU RU2016142023A patent/RU2668661C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5733815A (en) * | 1992-05-22 | 1998-03-31 | Ramot University Authority For Applied Research & Industrial Development Ltd. | Process for fabricating intrinsic layer and applications |
| UA8064A (en) * | 1995-11-29 | 1995-12-26 | Мале Приватне Підприємство-Фірма "Авт-Україна" | METHOD FOR GROWING PROCESS FROM GaAs EPITAXIAL LAYER DIODE P-I-N STRUCTURES |
| 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 |
| 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 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2727124C1 (en) * | 2020-02-05 | 2020-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "МеГа Эпитех" | Method of producing low-alloy layer of gaas by liquid-phase epitaxy |
| RU2735129C1 (en) * | 2020-03-14 | 2020-10-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт материаловедения им. А. Ю. Малинина" (АО "НИИ МВ") | Apparatus and method for cooling epitaxial structures |
| RU2749501C1 (en) * | 2020-10-06 | 2021-06-11 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭПИКОМ" | Method for obtaining p-i-n structure based on gaas-gaalas compounds by liquid-phase epitaxy |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016142023A (en) | 2018-04-27 |
| RU2016142023A3 (en) | 2018-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4463957B2 (en) | Silicon wafer manufacturing method and silicon wafer | |
| US8263484B2 (en) | High resistivity silicon wafer and method for manufacturing the same | |
| RU2668661C2 (en) | METHOD OF PRODUCING MULTILAYER EPITAXIAL P-I-N STRUCTURE BASED ON GaAs-GaAlAs COMPOUNDS BY METHOD OF LIQUID-PHASE EPITAXY | |
| JP6083412B2 (en) | Method for controlling recombination lifetime and method for manufacturing silicon substrate | |
| US3960618A (en) | Epitaxial growth process for compound semiconductor crystals in liquid phase | |
| US20080006823A1 (en) | High frequency diode and method for producing same | |
| JP7321929B2 (en) | Manufacturing method of Zn-doped InP single crystal substrate | |
| JPH08501656A (en) | Manufacturing method and application of intrinsic layer | |
| RU2297690C1 (en) | Method for manufacturing superconductor heterostructure around a3b5 compounds by way of liquid-phase epitaxy | |
| RU2610388C2 (en) | Method of simultaneous production of p-i-n structure of gaas with p, i and n area in one epitaxial layer | |
| RU2639263C1 (en) | METHOD OF PRODUCING MULTILAYER HETEROEPITAXIAL STRUCTURES IN AlGaAs SYSTEM BY LIQUID-PHASE EPITAXY METHOD | |
| RU2488911C1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURE OF p-i-n SEMICONDUCTOR STRUCTURE BASED ON GaAs-GaAlAs COMPOUNDS BY WAY OF LIQUID EPITAXY METHOD | |
| RU2647209C1 (en) | METHOD FOR OBTAINING A MULTI-LAYER HETEROEPITAXIAL P-I-N STRUCTURE IN THE AlGaAs SYSTEM BY THE LIQUID PHASE EPITAXY METHOD | |
| Marsden et al. | Determination of the criteria for nucleation of ring-OSF from small as-grown oxygen precipitates in CZSi crystals | |
| CN111512421B (en) | Composite life control method | |
| CN111033709B (en) | Composite life control method | |
| RU2744350C1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING THE SEMICONDUCTOR P-I-N STRUCTURE BASED ON GAAS-AlGAAS COMPOUNDS BY LIQUID-PHASE EPITAXY | |
| RU2727124C1 (en) | Method of producing low-alloy layer of gaas by liquid-phase epitaxy | |
| RU2638575C1 (en) | Method of producing semiconductor structures by liquid phase epitaxy with high uniformity on thickness of epitaxial layers | |
| US3074146A (en) | Production of unipolar transistors | |
| RU2749501C1 (en) | Method for obtaining p-i-n structure based on gaas-gaalas compounds by liquid-phase epitaxy | |
| CN111386593A (en) | Method for sorting single crystal silicon substrate and single crystal silicon substrate | |
| RU2534106C1 (en) | Method of obtaining big-volume monocrystals of gallium antimonide with low dislocation density | |
| JPH0474320B2 (en) | ||
| Giorgi et al. | Amphoteric behavior of Ge in GaAs: an LDA analysis |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190521 Effective date: 20190521 |