электрика, во-вторых, обязательное использование защитного покрытия, что приводит к усложнению процесса изготовления сиетоизлучающих кристаллов из-за введения дополительных фотолитографических операций и необходимости удаления пленки окисла из окон в маске. Это, по-видимому, определяет, как наиболее перспективное, направление метода диффузии в проточной системе - формирование сплошных диффузионных слоев.

Разновидностью указанного метода выступает диффузия в открытой системе из легированной окисной пленки. В этом случае источником диффузии, служит либо пленкообразующий раствор на основе органического соединения,, легированный цинком, либо нанесенная на поверхность образца пленка двуокиси кремния, легированная Zn. Преимущество указанного метода состоит в достаточно широком диапазоне изменения концентрации (10"... 10° см-з). В. то же время длительность и двухстадийность процесса (диффузия и разгонка при высокой температуре ИЗО... 1180 К) являются его существенными недостатками.

Процесс диффузии - многопараметрический. Его характеристики определяют температура и время диффузии, а также состав используемого источника.

Общие закономерности диффузии в полупроводниках, достаточно хорошо разработанные к настоящему времени, в полной мере справедливы и в случае соединений АВ, используемых в технологии ПЗСИ. Так, температурная зависимость коэффициента диффузии определяется известным соотношением Аррениуса. При этом энергия активации Еа может изменяться в достаточно широких пределах в >вависимости от парциального давления диффу-занта и компонентов V группы. В то же время прослеживается достаточно четкая закономерность возрастания Еа по мере уменьшения содержания в твердых растворах более тугоплавкого соединения. Так, величина Еа составляет в GaAso,ePo,4 2,04 ...2,4 эВ, а в GaP 2,1 ...2,7 эВ. Большой разброс экспериментальных данных как по Еа, так и по абсолютному значению коэффициента диффузии (несколько порядков) затрудняет достаточно надежное прогнозирование характеристик процесса диффузии в твердых растворах АВ"*. Это, в свою очередь, требует обязательной корректировки расчетных данных по результатам экспериментов.

Концентрацию носителей в р-слое определяет температура процесса: температурное изменение растворимости цинка (усиление процесса с ростом температуры) и смещение адсорбционно-десорбционного равновесия молекул диф-фузанта (с возрастанием температуры происходит смещение в пользу процесса десорбции). Подробные экспериментальные данные по влиянию темперЭ туры на концентрацию дырок в р-слоях приведены в работе [98].

Изменение времени процесса диффузии (при значении этого параметра, меньшем критической величины <«) приводит к возрастанию толщины р-слоя;

при этом в случае твердых растворов GaAsi-xPi (0,4<х<1,0) rfp~/ 2 Возрастание концентрации вакансий элемента V группы при длительном процессе диффузии может приводить к ускоренной диффузии при >н; при этом величина „ будет сильно зависеть от температуры и составлять в GaP 0,8... ...64 ч. Вместе с тем, поскольку в технологии получения светоизлучающих кристаллов оптимальная величина dp составляет несколько микрометров, что

требует сравительно непродолжительного процесса диффузии, можно считать

При разработке диффузионной технологии получения р-п переходов важен адекватный выбор источника. При этом следует учитывать характер фазовых равновесий в газовой среде (парциальные давления диффузанта, элементов V группы), особенности дефектообразования в процессе диффузии (образование микроскопических дефектов типа диффузионных пичков, преципитатов, дислокаций), а также требования унификации технологического процесса. Систематизированные в [98] данные показывают, что при отработке процесса диффузии исследователями широко использовались источники в виде Zn-Р, ZnP2, Zn3P2 и трехкомпонентные композиции типа Zn-Ga-P.

Присутствие в составе источника фосфора особенно целесообразно для светоизлучающих р-п переходов. При этом повышенное давление паров фосфора приводит к его повышенному содержанию в приповерхностном слое твердых растворов толщиной порядка 0,5 мкм, что обеспечивает проявление эффекта широзонного окна, способствующего увеличению коэффициента вывода ИЕлучения из кристалла.

Большое избыточное парциальное давление паров компонента V группы вызывает усиление диффузии Zn по междоузлиям; при этом возможно возникновение локальйых нарушений планарности р-п перехода, образование которых можно связать с вакансиями галлия. Кроме того, существенное отклонение от стехиометрии кристалла при использовании больших избыточных давлений компонента V группы может приводить к возникновению высокой по-верхностноой концентрации дефектов, что негативно сказывается на эффективности электролюминесценции р-п переходов.

Таким образом, при проведении диффузии в структуры твердых растворов A"iB"v, по-видимому, нецелесообразно использование богатого фосфором источника ZnP2.

С учетом требований унификации технологического процесса в настоящее время принят как оптимальный процесс диффузии в ампуле из источника, содержащего навески фосфора и цинка в различных количествах в зависимости от состава твердого раствора, в который проводится диффузия (табл. 4.2). В этом случае присутствие паров фосфора с достаточно большим парциальным давлением стабилизирует скорость диффузии цинка и исключает эрозию поверхности полупроводниковых структур. Сильнолегиро-

Таблица 4.2. Режимы получения и характеристики диффузионных р-п перс-ходов

ванные р+-контактные слои в структурах с р=:5-Ч0*... 5-10° см" получают при проведении двухстадийной диффузии.

Отмеченные выше закономерности диффузионното процесса, детально исследоваиные ранее для GaAsi-жРж, хорошо выполняются и для твердых растворов Ini-GaxP. В рассматриваемом случае также хорошо вьшолняется соотношение

dp ~ /2.

Это, по-видимому, свидетельствует о близости механизмов диф-фузии для твердых растворов Ini-GaajP и GaAsi-aPa: (рис. 4.7). Аналогично диффузии в твердых растворах GaAsi-хРж скорость процесса в эпитаксиальных структурах на основе IriiGaxP резко возрастает при уменьшении содержания GaP в твердом растворе. При Гд>970 К в рассматриваемом случае, несмотря на использование противодавления паров фосфора, наблюдается значительная эрозия поверхности структуры; поэтому для создания р-слоен необходимо проводить отжиг при низкой температуре в течение продолжительного времени. Сравнение прогнозируемых данных для оптимальных параметров р-п структур (см. табл. 3.1 и 3.2) с экспериментальными данными, полученными для наиболее эффективных р-п структур (табл. 4.2), показывает хорошее совпадение значений dp. В то же время оптимальное экспериментальное значение поверхностной концентрации дырок рп=1... 3-10 см~", тогда как теоретическая величина рп=1 -2-10* см-. Указанное расхождение обусловлено, по-видимому, тем, что при Рп==3-10 см-з g р-области Ino.ssGao.erP происходит образование дополнительных центров безызлучательной рекомбинации, связанных с генерацией дефектов структуры и образованием преципитатов с участием цинка.

Скорость диффузии цинка в твердых растворах AlGai-aiAs также сильно зависит от состава, возрастая по мере увеличения содержания GaAs. Оптимизация режима изолирующей диффузии в гетероструктурах типа p+GaAs-piAlo.ssGao.esAs-fiiAlo.sGao.sAs направлена на воспроизводимое проникновение диффузионного фронта на глубину, превышающую толщину о-слоя (5 мкм), что обеспечивает надежную изоляцию при rfp>6 мкм.

Альтернативным методом получения р-п переходов на основе соединений АВ является метод ионной имплантации, обладаю-

Рис. 4.7. Зависимость глубины залегания р-п перехода в диффузионных СИД на основе Хпо.ззОао.бтР от продолжительности процесса при различных температурах диффузии:

/-970 К; 2 - 950 К; S -920 К; <-870 К

4 & 12.