Способ получения структур с @ - @ -переходом на основе полупроводников типа @

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУР С р-п-ПЕРЕХОДОМ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДIII В , включающий эпиНИКОВ ТИПА А таксиальное наращивание слоев In Ga,xAs из легированного акцепторной примесью раствора-расплава, о тличающийся тем, что с целью улучщения фотоэлектрических свойств структур, в качестве легирующей акцепторной примеси используют марганец в концентрации 0,000160 ,0033 ат.долей.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

2 А (19) (Н) (51) 4 Н 01 L 21/208

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕНТ СССР пО ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2964440/18-25 (22) 23.07.80 ,(46) 07.02.87. Бюп. N 5 (71) Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе ,(72) Н.П.Есина, Н.В.Зотова, Б.А.Матвеев, А.А.Рогачев, Н.М.Стусь и Г.Н.Талалакин (53) 621.382(088.8) (56) Патент США Р 4045257, кл. Н 01 L 33/00, опублик. 1975.

Зарубежная электронная техника, В 19, 165, 1977, с. 6-34. (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУР

С р-и-ПЕРЕХОДОМ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ТИПА А В, включающий эпитаксиальное наращивание слоев In

Ga, „ As из легированного акцепторной примесью раствора-расплава, о тл и ч а ю шийся тем, что с целью улучшения фотоэлектрических свойств структур, в качестве легирующей акцепторной примеси используют марганец в концентрации 0 000160,0033 ат.долей.! 92894

Изобретение относится к полупроводниковой оптоэлектронике и может быть использовано при изготовлении источников ИК-излучения, например в оптронных газоанализаторах,фотоприемниках и т.д.

Известен способ получения структур с р-и-переходом на основе полупроводников типа А В, включающий ш v эпитаксиальное наращивание слоев !О

Тп„Са, „As из раствора-расплава и диффузию цинка.

Недостатком известного способа получения р-и-структур является их невысокое качество. Это обусловлено тем, что быстродиффундирующая примесь .цинка создает нерезкий профиль распределения дырок, т.е. вблизи р-и-перехода их концентрация невелика.

Вторым недостатком является на.личие градиента состава в направлении, перпендикулярном плоскости р-иперехода, что приводит к повьппенной

25 дефектности материала, обусловленной несоответствием параметров решеток InAs и GaAs, и не позволяет осуществлять контролируемую и воспроизводимую диффузию цинка для получения р-и-структур с заданными параметрами.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ получения структур с р-и-переходом ш на основе полупроводников типа А 35

В, включающий эпитаксиальное наращивание слоев In Ñà„ II As из легированного акцепторной примесью раствора-расплава.

Согласно этому способу, р-и-переход получают при наращивании слоев

In„Ga, „ Às из раствора-расплава, содержащего цинк или кадмий. Для регулирования параметра элементарной ячейки наращиваемой пленки и его согласования с параметром подложки используют либо наращивание ряда слоев Хп„Са1 „ Аз переменного состава, либо вводят в расплав малые добавки фосфора. В качестве подложек для эпитаксиального наращивания слоев In„Ga< „As различного .состава используют InAs,GaAs.

Однако структуры с р-п-переходом, полученные известным способом, также не отличаются высоким качеством,поскольку цинк и кадмий при температурах эпитаксиального наращивания име2 2 ют высокий коэффициент диффузии, что приводит к размытию границ р-пперехода и ухудшению его качества.

Целью изобретения является улучшение фотоэлектрических свойств структур.

Цель достигается тем, что в известном способе получения структур с р-и †переход на основе полупро— ш v водников типа А B, включающем эпитаксиальное наращивание слоев

Хп„Са „ Аз из легированного акцепторной примесью раствора-расплава, в качестве легирующей акцепторной примеси используют марганец в концентрации 0,00016-0,0033 ат.долей.

Установлено, что в твердых растворах In, „ Ga„As марганец является акцепторной примесью и практически не диффундирует при используемых обычно температурах выращивао ния (400-800 С). Как показали исследования, скорость диффузии марганца в этих услсвиях по крайней мере на порядок меньше скорости диффузии цинка. Поэтому р-и-переход легированный примесью марганца, имеет резкий профиль концентрации дырок вблизи р-п-перехода (градиент кон(6 — 3 центрации дырок не менее 5. 10 см /

/мкм).

В соединениях А В подвижность

III Ч электронов значительно больше подвижности дырок, например для InAs их отношение составляет 50 при 300 К.

Это обуславливает преимущественную инжекцию электронов в р †облас.

Поскольку вероятность излучательной рекомбинации можно считать пропорциональной концентрации дырок на диффузионной длине от р-п †перехо, то эффективность излучения р-и-перехода с резким профилем распределения дырок вблизи р-п-перехода значительно (по крайней мере, на порядок) выше, чем в р-п-переходах, полученных известным способом, а наиболее оптимальный интервал легирования, как показывает опыт, находится в пределах 5 ° 10 — 1 ° 10 см

I6 . Iß -3

Указанный состав жидкой фазы определяют на основании диаграммы состояния и уточняют экспериментально, исходя из температуры эпитаксиального выращивания и состава твердой фазы, т.е. ширины запрещенной эоны (длины волны излучения).

Техред И.Попович Корректор А.Тяско

Редактор Т.Орловская

Заказ 7828/2 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 92894

Экспериментально обнаружено, что для обеспечения требуемого оптималь!

6 ного уровня легирования (5-10

1 ° 10 8 см ), необходимо ввести в раствор-расплав атомы марганца в интервале концентраций 0,00016-0,0033 ат.долей. Концентрация вводимых акцепторов зависит и от концентрации доноров в эпитаксиальном слое, кото!

6 17 -Э рая составляет 5 ° 10 — 7 10 см . 10

Для уверенного получения р-и-переходов концентрация акцепторов должна несколько превьппать концентрацию доноров и ее изменяли в интервале 5 (10 — 10 ) см . Для любого све- 15 тодиода, р-область которого легирована марганцем в указанном интервале концентраций, эффективность вьппе, чем в аналогичном светодиоде с той же концентрацией акцепторов в актив- 20 ной области, но легированной цинком.

Пример 1. Берут подложку

InAs. В расплав вводят марганец в количестве 0,00016-0,0033 ат.долей.

Состав расплава In : Ga : As = 0,870,92:0,006-0,010:0,073-0, 120. Наращивание осушествляют при температурах 600-700 С. Получают р-и-переход на основе Хп„Са„ x As, легированныи

30 марганцем.

Пример 2. Берут подложку

InAs, приготовляют раствор-расплав состава In : Ga : As : P = 0,870,91 : 0,0048-0,010: 0,083-0, 124:

:0,0012-0,0060, вводят в него марганец в количестве 0,00016-0,0033 ат. долей и осуществляют наращивание слоя Хп„„Са„Аз„> Р, где 0,015 а х 40

ы 0,065, 0,01 ь у «<- 0,035, легированного марганцем.

Полученную р-п-структуру исполь" зуют для изготовления светодиода,работающего в области 3,3-3,4 мкм. 45

2 4

Пример 3. Берут подложку

InAs. Приготовляют раствор-расплав состава In : Ga :. As : P : :Sb

Оэ88 Оэ93 Оэ005 Оэ012 Оэ060

-0,093:0,002-0,005-0,004-0,010 при темйературах 600-700 С,а в процессе выращивания в раствор-расплав вводят атомы марганца в количестве

0,00016-0,033 ат.долей.

Получают слои In, „Са„Аз, > P>

Sb, где 0,040 а х 0,085, 0,001 у « 0,003, 0,001 à z 0,003 р-и-переход на их основе, легированный марганцем.

На основе полученных р-п-переходов были получены свето иоды, излучающие в диапазоне длин волн 3,33,4 мкм. Эффективность излучения светодиодов была в 5-7 раз вьппе, чем в известных светодиодах, легированных цинком, т.е. полученных известным ранее способом (диффузия цинка).

Эффективность светодиодов, изготовленных на основе р-и-структур

In„Ga„. „ As, легированных марганцем и содержащих дополнительно микродобавки фосфора и сурьмы, была в

10-12 pas вьппе, чем у светодиодов, изготовленных из р-п-структур, полученных известным способом.

Таким образом, данное изобретение позволяет получать р-и-структуры на основе In„Ga, x As, легированные марганцем, и повысить эффективность излучения светодиодов, изготовленных на их основе, примерно на порядок по сравнению с аналогичными приборами, полученными известным способом.

Данное изобретение может быть использовано при изготовлении р-иструктур In„Ga„ „ As различного состава для фотоэлектрических приборов, работающих в широком диапазоне длин волн.