случае количественная оценка уровня легирования азотом может быть проведена при использовании выходов реакций

CaGl + -i- + -i- Н2 GaP + HCl ; (4.9)

GaCI + NH3=fiGaN + HCI + H2. (4.10)

В соответствии с [94] концентрация азота в GaP описывается соотношением

/ 4-3

ОаР Р. 0- о, CaN

iVK = 2,47.1022ll+- . i:5 p2 ехр

где jPp., Риг, Pnh, - парциональные давления Р4, Нг и NH3; КсаР и KcaN - константы равновссия реакций (4.9) и (4.10); Яааы - молярная энтальпия смещения псевдобинарных растворов GaP-GaN, равная 23 ккал/моль; R - универсальная газовая постоянная.

Аппаратурно процесс эпитаксии может проводиться в установках как с горизонтальным, так и вертикальным расположением реактора, при этом на технико-экономические показатели процесса эпитаксии влияет возможность одновременной загрузки подложек общей площадью до 400 см [94, 95].

В заключение следует остановиться на одном из новых методов получения эпитаксиальных структур, использование которого позволит добиться существенного прогресса в технологии многокомпонентных полупроводниковых структур, в том числе и для светоизлучающих приборов видимого диапазона спектра. Речь идет о молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЗ), основанной на синтезе полупроводниковых материалов в результате реакций потоков атомов и молекул компонентов, направляемых на подложку, при температуре 400... 600 К и сверхвысоком вакууме.

Преимуществом указанного метода является возможность выращивания субмикронных слоев полупроводниковых соединений, что связано с очень малой скоростью роста слоев (порядка 10 мкм/ч). Использование низких температур кристаллизации позволяет, во-первых, преодолеть трудности, связанные с термической декомпозицией подложки. Во-вторых, в этом случае удается существенно уменьшить механические напряжения, возникающие при комнатной температуре из-за различия коэффициентов термического расширения материала подложки и эпитаксиального слоя. Указанные обстоятельства позволяют существенно улучшить структурное совершенство выращиваемых слоев.

Пример практической реализации процесса молекулярной эпитаксии приведен в работе [96] применительно к синтезу структуры Ino,5Gao,5P/GaAs. Процесс начинается с термической очистки поверхности подложки GaAs пучком As4 при температуре Т= =880 К. По окончании 25-минутной очистки температура уменьшается до 810 К и производится выращивание буферного слоя GaAs. Для получения кристалличрки совершенных слоев необ-94

ходимо, чтобы буферный слой имел достаточно большую толщину Л0,3 мкм. Процесс выращивания гетер остр уктуры осуществляется при температуре 670... 790 К; при этом скорость роста составляет 0,5 мкм/ч. Процесс проводится в вакуумированном реакторе (2,5-10- Па), изготовленном из нержавеющей стали. Источники In и Ga располагаются параллельно подложке GaAs на расстоянии 15 см при расстоянии между источниками 2,4 см. Источниками Р и As являются потоки Р4 и As4. Необходимое давление потока Р4 у поверхности подложки получают его фокусировкой.

4.2. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕГО КРИСТАЛЛА

При гибком производстве широкой номенклатуры многоэлементных ПЗСИ на основе различных исходных структур и в различном конструктивном исполнении особое значение приобретает унификация технологических процессов на всех этапах изготовления приборов. Технология изготовления кристаллов для ПЗСИ - многостадийный процесс. В связи с этим представляется целесообразным вначале дать краткую характеристику основных технологических ояераций изготовления кристаллов.

Химическая обработка исходных эпитаксиальных структур осуществляется на начальной стадии технологического процесса, а также после операций снятия фоторезиста, термических обработок, механических обработок (шлифовка, полировка, надрезка разделительных канавок алмазным диском).

Ионно-плазменное травление используется для удаления фоторезиста и всех типов диэлектриков. В принципе вместо ионно-плазменных методов можно было бы применять традиционное травление с помощью жидких травителей. Однако, как надежно установлено, в настоящее время метод «сухого» травления дает большой выигрыш в выходе годных приборов.

Нанесение диэлектрических покрытий используется при локализации р-п переходов (покрытие, маскирующее диффузию цинка), а также для оптической изоляции светящихся элементов (поглощающее покрытие) и уменьшения поглощения внутри кристалла (просветляющее и отражающее покрытия). Требования к качеству покрытий отличаются в принципе. Маскирующее покрытие (SisNi) должно быть высокотемпературным, т. е. стойким к воздействию высоких температур (Гя:; 1000... 1200 К), типичных при диффузии цинка в ампуле или отжиге ионно-имплантирован-ных слоев. Поглощающее (поликремний), просветляющее (51зЫ4) и отражающее (ЗЮг) покрытия, напротив, должны быть низкотемпературными, так как они наносятся на заключительных операциях изготовления кристаллов при низких температурах (Г 600 К), с тем чтобы не ухудшить свойства р-п переходов и омических контактов.

Операция нанесения металлических покрытий используется для создания омических контактов, контактных (присоединительных площадок) и межэлементных соединений.

Локальная диффузия через окна в диэлектрике используется для формирования излучающих р-п переходов и создания диффузионных контактов.

Механическая обработка обеспечивает шлифовку и полировку пластин.

Важное место в технологическом процессе изготовления полупроводниковых светоизлучающих кристаллов занимает контроль светотехнических и электрических параметров на пластине.

Базовой оцерацией в технологии изготовления полупроводниковых светоизлучающих кристаллов является оптическая фотолитография, хорошо разработанная к настоящему времени в технологии Si-приборов [97] и обеспечивающая технологические потребности разработки и изготовления ПЗСИ. Приведенное выше краткое рассмотрение технологического процесса позволяет перейти теперь к более подробному изложению особенностей основных технологических Операций и специфичных именно для изготовления светоизлучающих кристаллов.

ПОЛУЧЕНИЕ р-п И Р+-Р ПЕРЕХОДОВ ,

При получении локальных диффузионных р-п переходов в структурах GaAsl-jcPj; и Ini-xGaP типа локализации свето-

излучающих элементов в структурах AlxGai xAs типа п+-п-р и создании сильнолегированных р+-контактных слоев широко используются методы диффузии и имвлантации.

Особенности диффузионной технологии в производстве полупроводниковых индикаторов подробно рассмотрены в обзоре [98].

Сравнительный анализ альтернативных методов диффузии (в запаянной ампуле и открытой трубе) показывает, что метод диффузии в замкнутой системе используется в настоящее время наиболее широко, хотя ему присущ ряд недостатков, связанных с трудностями в получении заданного профиля диффузии, большой трудоемкостью и значительным расходом кварца.

Вместе с тем близкий к равновесному характер протекания процесса диффузии, обеспечивающий высокую воспроизводимость, сравнительная простота аппаратурного оформления процесса, достаточно высокие светотехнические характеристики получаемых р-п структур являются теми несомненными пре« имуществами, которые обусловили его широкое применение.

Использование в методе открытой трубы газа-носителя, расходом которого можно легко управлять и тем самым контролировать процесс введения примеси, является несомненным его преимуществом. Использование вакуумных уплотнений позволяет применять в качестве газа-носителя водород; при этом для предотвращения термического разложения полупроводникового материала на него наносится слой диэлектрической пленки БЮг, полученной методом пиролитического осаждения и имеющей толщину 0,1... 0,4 мкм. В этом случае характеристики диффузионных слоев при достаточно большой скорости газового потека будут определяться в основном газодинамическими параметрами потока газа-носителя.

К числу ограничений, присущих данному методу, следует отнести, во-первых, необходимость разработки технологии нанесения высококачественного ди-