Способ получения эпитаксиальных структур, содержащих слои фосфида индия и арсенида-фосфида индия in jnasxp1-x

 

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых эпитаксиальных структур фосфида индия со "стоп-слоями" осаждением из газовой фазы для изготовления диодов Ганна, полевых транзисторов, смесительных диодов. Способ позволяет упростить технологию выращивания структур со "стоп-слоями". Перед наращиванием рабочей структуры дополнительно вводят в парогазовую смесь поток треххлористого мышьяка с молярной долей 1,910^-3-5,310^-3 и выращивают "стоп-слой" в течение 4 - 10 мин. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых структур, применяемых при изготовлении полупроводниковых СВЧ-приборов, в частности диодов Ганна, полевых транзисторов, смесительных диодов.

Для многих типов полупроводниковых приборов требуется получение таких структур, которые позволяли бы проводить избирательное травление. В частности, в некоторых инструкциях СВЧ-приборов требуется полностью удалить подложку, не затрагивая при этом рабочую структуру, или изготовить кристалл, рабочая структура которого расположена строго на подложке. В ряде вариантов такие задачи решаются при использовании гетероструктур, например такие, где в качестве подложки используется материал, отличающийся по своим химическим свойствам от материала рабочей структуры. Кроме того, слои твердых растворов, в частности в сочетании со слоями других материалов могут представлять самостоятельный интерес в качестве слоев, входящих в рабочую структуру прибора, например: диода токовоконтролируемого отрицательного сопротивления, гетеробиполярного транзистора.

Известен способ выращивания InP на Si в OMVPE, позволяющий изменить дефектность InP за счет использования сверхрешеток InAs_xP_1-х/InP [1] Для выращивания структур использовали реактор горизонтального типа. В качестве исходных веществ в данном способе используют триметил индия, тетраэтилгаллия, 10% AsH₃ в Н₂ и 100% РН₃. При росте твердого раствора InAs_xP_1-х (х 0,3) соотношение газовых потоков = 500. За счет слоя твердого раствора InAs_xP_1-х снижалась дефектность в эпитаксиальном слое InP. Данный способ наращивания имеет ряд недостатков.

Использование металлоорганических соединений и гибридов, которые являются сильдодействующими ядовитыми веществами, требуют специальных условий по технике безопасности и, как следствие, приводит к усложнению технологии. Кроме того, необходима точная дозировка потока арсина, вводимого в реактор в малом количестве. Необходимость точной дозировки арсина обусловлена большим соотношением газовых потоков = 500.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ наращивания эпитаксиальных слоев InAs_xP_1-х на подложках YaAs, InP и InAs, используя InAs AsCl₃ InP PCl₃ Н₂, InAs HCl InP HCl H₂ и In AsCl₃ In PCl₃ H₂ газофазные системы [2] Для наращивания эпитаксиального слоя InAs_xP_1-x использовали реакционную камеру, разделенную в зоне источника на 2 части, InAs часть и InP источника часть. Реакции источников в обеих частях выполнялись независимо. Температура источников была 800^оС, температура подложек варьировалась от 650 до 800^оС. Отношение потока водорода со стороны InAs источника к потоку со стороны источника InP равнялось 2 и общий поток варьировался от 150 до 600 см³/мин.

Существенным недостатком данного способа является то, что наращивание таких структур методом газотранспортной хлоридной эпитаксии затруднено, так как процесс эпитаксии в данном случае является сложным, требует значительного осложнения конструкции реакционной камеры, газовой схемы, а также использование нескольких источников.

Целью изобретения является упрощение технологии выращивания эпитаксиальных структур, содержащих слои фосфида индия и арсенида-фосфида индия.

Поставленная цель достигается тем, что при последовательном осаждении слоев InAs_xP_1-х и фосфида индия из газовой фазы, получаемой при прохождении потока газовой смеси треххлористого фосфора и водорода над источником индия, при осаждении слоя арсенида-фосфида индия подают дополнительный поток трихлорида мышьяка с молярной долей 1,910^-3 5,310^-3 в газовой смеси, а под источником индия припускают поток газовой смеси с молярной долей треххлористого фосфора, равной 2,2 10^-3, в течение 4-10 мин, после чего прекращают подачу дополнительного потока. В результате взаимодействия InP с As на поверхности подложки (или эпитаксиального слоя) вырастает слой твердого раствора InAs_xP_1-х (0 X 0,16). Верхний предел потока AsCl₃ лимитирован тем, что при малой доле AsCl₃ более 5,310^-3 образуется избыток HCl, который переводит процесс наращивания эпитаксиального слоя InAs_xP_1-х в стадию травления подложки (эпитаксиального слоя). Нижний предел потока AsCl₃ лимитирован содержанием мышьяка в слое InAs_xP_1-х, так как при молярной доле AsCl₃, подаваемого в зону роста 0, образуется слой InP. Слой InAs_xP_1-хнаращивают в течение 4-10 мин. При этом толщина наращиваемого слоя составляет 0,05-0,2 мкм. Верхний предел толщины лимитирован тем, что при толщине более 0,2 мкм рабочий слой InP будет иметь высокую плотность дислокаций, что приводит к ухудшению качества структуры.

Нижний предел лимитирован тем, что при его толщине менее 0,05 мкм увеличивается вероятность его стравливания при селективном удалении подложки (эпитаксиального слоя).

По сравнению с прототипом использование изобретения при наращивании эпитаксиальных слоев твердого раствора InAs_xP_1-х наиболее просто с точки зрения его реализации, позволит упростить конструкцию реакционной камеры и газовую схему. Наращивание производилось на установке эпитаксиального наращивания типа ЭТР-100.

На фиг. 1 приведена конструкция реакционной камеры, являющейся типичной для наращивания слоев соединений А³В⁵, и схематично приведены направления газовых потоков.

Камера содержит канал 1 поддува водорода, канал 2 подача AsCl₃, канал 3 разбавления травления, канал 4 подачи гелия, канал 5 травления, канал 6 роста, канал 7 разбавления травления, реакционную камеру 8, источник 9 индия, пьедестал 10, подложку 11 фосфида индия.

В реакционной камере 8 располагают источник 9 и пьедестал 10 с подложками 11 фосфида индия при 750 и 650^оС соответственно. Пропускают поток водорода через канал 1 величиной 30 л/ч; поток водорода через канал 7 величиной 7 л/ч; поток гелия через канал 4 величиной 37 л/ч и прогревают пьедестал 10 с подложками 11 фосфида индия в течение 25-30 мин. По истечении указанного времени проводят газовое травление подложки фосфида индия 11 в течение 4-6 мин, для чего подают поток газовой смеси Н₂ + РСl₃ через канал 5 величиной 10 л/ч, а через канал 6 величиной 32 л/ч. По окончании времени травления прекращают подачу потока газовой смеси Н₂ + РСl₃ через канал 5 и подают через канал 2 в зону осаждения дополнительный поток газовой смеси Н₂ + AsCl₃ величиной 0,3-3,5 л/ч и начинают наращивание слоя InAs_xP_1-х. Время наращивания, молярная доля AsCl₃ и PCl₃, линейная скорость газового потока над подложкой и скорость наращивания указаны в таблице.

По истечении времени наращивания InAs_xP_1-х прекращают подачу газовой смеси (Н₂ + AsCl₃) через канал и по мере необходимости выгружают структуру или наращивают эпитаксиальные слои InP.

На фиг. 2 представлен один из вариантов конструкции дискретного прибора, включающие в себя диод Ганна и варикап, в котором заданная геометрия кристалла формируется методами литографии и селективного удаления слоев.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: полуизолирующая подложка 12, эпитаксиальные слои 13 высоколегированного фосфида индия, эпитаксиальные слои 14 селективно удаленного материала, слаболегированный слой 15 фосфида индия, являющийся активным слоем диода Ганна 15, слаболегированный слой 16 фосфида индия, являющийся рабочим слоем варакторного диода, осажденные слои 17 золота, переходы 18 Шоттки, омические контакты 19.

Предлагаемый способ позволяет сформировать слои из InAs_xP_1-х c содержанием мышьяка (0-16%), которые могут использоваться: как "стоп-слой", как промежуточные слои, уменьшающие дефектность в рабочих слоях; для получения сверхрешеток InAs_xP_1-х/InP и т.д. Кроме того, при использовании изобретения за счет его простоты и достаточно высокой точности контроля подавляемого потока AsCl₃ повышается воспроизводимость процесса, а следовательно,повышается процент выхода годных структур. Экономический эффект в данном случае может быть получен за счет повышения процента выхода годных для изготовления СВЧ-приборов эпитаксиальных структур.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР, СОДЕРЖАЩИХ СЛОИ ФОСФИДА ИНДИЯ И АРСЕНИДА-ФОСФИДА ИНДИЯ IN As_xP_1-x, включающий нагрев подложки, газовое травление в смеси треххлористого фосфора, гелия и водорода, последовательное осаждение слоев In As_xP_1-x и фосфида индия из газовой фазы, получаемой при прохождении потока газовой смеси треххлористого фосфора и водорода над источником индия, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии получения структур, при осаждении слоя арсенида-фосфида индия подают дополнительный поток трихлорида мышьяка с молярной долей 1,9 10^-3 5,3 10^-3 в газовой смеси, а над источником индия пропускают поток газовой смеси с молярной долей треххлористого фосфора, равной 2,2 10^-3, в течение 4 10 мин, после чего прекращают подачу дополнительного потока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3