DE2008397C3 - Verfahren zum Herstellen eines Kontaktes auf einem n-leitenden Galliumarsenidsubstrat - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sieb auf ein Verfahren zum Herstellen eines Kontaktes auf einem n-leitenden Galliumarsenidsubstrat, bei dem zunächst der vorgesehene Kontaktbcreich mit Zinnchlorid oder Zinnbromid als Flußmittel überzogen wird, darauf eine Zinnschicht aufgebracht wird und anschließend daran eine Wärmebehandlurg durchgeführt wird.

Halbleiterdioden m.^;t. Schottky-Sperrschicht sind geeignet für den Einsatz als Schalter mit hoher Schaltgeschwindigkeit sowie als Mikrowellendetcktoren und für das Mischen von Mikrowellen, für den Einsatz in harmonischen Generatoren und in parametrischen Verstärkern. Die Schaltgeschwindigkeit bzw. der übertragbare Frequenzbereich dieser Dioden hängt dabei von der Elektronenbeweglichkeit innerhalb des Halbleitersubstrat der Dioden ab. Da Galliumarsenid von allen handelsüblichen Halbleiterwcrkstoffen die höchste Elektronenbeweglichkeit besitzt, werden Dioden aus diesem Halbleiterwerkstoff für den vorstehend erwähnten Zweck bevorzugt. Ferner kann die Kapazität einer GaAs-Diode sehr gering gehalten werden, wodurch sich wiederum Vorteile hinsichtlich der Breitbandigkeit in Mikrowellcnschaltungen ergeben. Zudem ermöglicht eine außergewöhnlich niedrige Donator-Ionisierungsencrgie und ein verhältnismäßig geringer Abstand der Energieniveaus im Leitfähigkeitsband einen Betrieb bei niedrigen Temperaturen ohne Verschlechterung der Übertragungseigenschaften.

Es ist bereits bekannt (USA.-Zeitschrift »Solid State Electronics«, Band 9, Nr. 9, September 1966, S. 859 bis 862), Substrate aus Galliumarsenid mit einer Schicht aus Zinn unter Zwischenfügung einer Flußmittelschicht aus Zinnchlorid oder Zinnbromid zu legieren, wobei die Verwendung von Zinnschlorid und Zinnbromid als Flußmittel auch schon aus der deutschen Auslegcschrift 1218 845 bekannt ist. Die Legierung zwischen der GaAs-Schicht und der Sn-Schicht erfolgt bei dem bekannten Verfahren bei einer Temperatur in der Nähe des Schmelzpunktes des Zinns oder des Flußmittels, je nachdem, welcher Schmelzpunkt höher liegt. Mit dem bekannten Verfahren können durch die Wahl des Leitungstyps der GaAs-Schicht ohmschc Kontakte oder Gleichrichterkontakte hergestellt werden, und zwar bilden p-leitende GaAs-Substrate Gleichrichterkontakte und η-leitende GaAs-Substrate ohmsche Kontakte mit der Zinnschicht. Die Eigenschaften der so hergestellten

Gleichrichterkontakte sind indessen wenig befriedigend, da sie eine verhältnismäßig niedrige Sperrspannung aufweisen, derer Betrag zudem noch starken Schwankungen unterworfen ist. da die Tür die Sperrspannung maßgebliche Sperrschichtdickc durch die

ίο Legierungstechnik nicht auf einen genauen Wert eingestellt werden kann. Diese großen Hcrstellungstoleranzen führen folglich zu einer verhältnismäßig hohen Ausschußproduktion, da für die vorgesehene Verwendung derartiger Gleichrichterkontakte Sperr-

Spannungsschwankungen nur innerhalb enger Toleranzen zulässig sind.

Es ist ferner bekannt (USA.-Patentschrift 2 995 475), Gleichrichterkontakte durch Legleren von n-Ieitcnden GaAs-Substraten mit Metallschichten herzustellen, wobei jedoch — wie aus der vorstehend erwähnten Literaturstelle »Solid State Electronics« hcrvotgchl — diese Metallschichten aus einem anderen Werkstoff als Zinn, beispielsweise Zink oder Cadmium, bestehen. Die nach diesem Verfahren hergestellten Gleichrichterkontakte weisen die gleichen unbefriedigenden Eigenschaften wie die vorstehend erwähnten Gleichrichterkontakte auf.

Bei der Herstellung von Dioden mit einer Schottky-Sperrschicht ist es bereits bekannt (USA.-Patentschrift 3 290 127), auf einem Oberflächenabschnitt eines Siliciuinsubstrats eine Chromsehicht und darauf eine Palladiumschicht niederzuschlagen und diese Schichtenfolge einer Wärmebehandlung zu unterziehen. Dabei diffundieren Palladiumioncn durch die Chromsehicht hindurch und reagieren mit dem Silicium des Substrats unter Bildung einer Palladiumsilicidschicht, an deren Berührungsfläche mit dem Siliciumsubstrat sich eine Schottky-Sperrschicht ausbildet. Derartige diffundierte Sperrschichtdioden besitzen die vorstehend erwähnten unzulänglichen Eigenschaften der bekannten, legierten GaAs-Dioden zwar nicht; jedoch ist die Elektronenbeweglichkeit innerhalb des Siliciumsubstrats und damit die maximale Schaltfrequenz der Spcrrschichtdiodc im Vergleich zu der Elektronenbeweglichkeit eines GaAs-Substrats kleiner, so daß eine Anwendung der bekannten Sperrschichtdiode für Höchstfrequenzen nicht möglich ist. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, weiches die Herstellung von Galliiimarseniddioden mit einer Schottky-Sperrschicht bei hoher Reproduzierbarkeit bzw. geringer Ausschußquote ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmebehandlung in einer pulsförmigen Erhitzung der Zinnschicht auf 232° C besteht, wodurch sich an der Grenzfläche zwischen der Zinnschicht und dem Galliumarsenidsubstrat eine Schottky-Sperrschicht bildet.

In bevorzugter Weise wird die Zinnschicht durch Aufdampfen niedergeschlagen.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Zinnschicht durch ein handbetätigtes Werkzeug aufgebracht wird.

Die durch das Verfahren hergestellten GaAs-Dioden sind hinsichtlich ihrer Sperrspannung den bekannten legierten GaAs-Dioden überlegen. Ferner können die Sperrspannungstolcranzen durch eine gute Reproduzierbarkeit der gewünschten Sperrschicht-

dicke eng begrenzt werden. Diese enge Begrenzung tier Sperrspannungstoleranzen ermöglicht gleichzeitig eine geringe Ausschußquote. Kontakte dieser ArI können z, B. als Leislungs-Gleichricluer eingesetzi werden, da die niedrige Durchlaßschwelle entsprechend geringe Lcistungsverluste im Gleichrichter zur Folge hat. Weitere vorteilhafte Einsatzmögliehkeiten finden sich in Hochfrequenz-Detektoren sowie im Mikrowellenbereich. Hier hat die niedrige Durchlaßschwelle eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber niedrigen SignaJpegeln zur Folge. Entsprechendes gilt für den Einsatz als Varaktor; die niedrige Durchlaßschwelle ergibt im Nullpunktsbcreich der Kennlinie, d.h. für geringe Signalamplituden einen entsprechend geringen Spannungsabfall und damit eine größere Kapazitätsänderung.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen. Hierin zeigen die

F i g. IA bis IC Querschnitte eines Galliumarsenid-Substrats in aufeinanderfolgenden Stufen des Herstellungsverfahrens, während

F i g. 2 ein Diagramm des quadratischen Kehrwertes der Kapazität einer Schottky-Sperrschicht in Abhängigkeit von der Spannung wiedergibt.

In den Fig. IA bis IC bezeichnet 11 einen scheibenförmigen Kristallkörpcr als Galliumarsenid-Substrat für die Herstellung des Kontaktes. Das hierfür geeignete, n-lcitende Galliumarsenid kann z. B. gemäß der Bridgman-Horizontaltechnik in Kristallform gezogen werden. Für die Ladungsträgerkonzentration kommen vorteilhaft Werte im Bereich von ΙΟ¹⁵ bis ΙΟ¹⁹ Ladungsträgern pro cm^:1 in Betracht. Die Krislalle sind (Hl)- oder (lOO)-orientiert und werden vor der Weiterbehandlung geläppt und in einem Ätzmittel aus Brom-Methylalkohol und/oder ve-dünnter Schwefelsäure (H₂OH₂SO₁) chemisch poliert. Zweckmäßig werden Halogenide von p. A.Reinheitsgrad sowie Zinn von 99,999% Reinheit verwendet.

Der Kontaktbereich des η-leitenden, geätzten Galliumarsenids wird mit SnCl., oder SnBr₂ als Flußmittel überzogen, und zwar unmittelbar oder durch Auflösen des Flußmittels in einem geeigneten Lösungsmittel und nachfolgendes Eintauchen des Galliumarsenid-Halblciterkörpers in diese Lösung. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch eine Abscheidung des Flußmittels auf den ,Substrat durch Aufdampfen über eine geeignete Maske erwiesen.

Anschließend erfolgt der Zinnauftrag am Kontaktbereich, und zwar durch Aufdampfen oder mit Hilfe eines anderen geeigneten Aufbringungsverfahrens und pulsförmige Erhitzung des Metalls auf 232° C. Zum Schmelzen des Metalls und Benetzen des Kontaktbereiches ohne Legierung wird anschließend eine sofortige Abkühlung unter Festigung des geschmolze-

iQ nen Zinns durchgeführt. Sodann wird die erhaltene Struktur in einem Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und 200 C gehalten. Die maximale Temperatur richtet sich nach den Gegebenheiten der Metall-Halbleitcrlegierung, d. h. nach demjenigen

is Temperaturpunkt, bei welchem ein Legieren auftritt. Die in Fig. I B angedeutete Struktur weist eineZinnschicht 12 auf. Die Zinnschicht wird sodann in üblicher Weise kontaktiert, z. B. in der Traganschlußtechnik. Ein üblicher Ko' takt dieser Art besteht z. B.

gemäß Fig. 1 C aus einer Fit-inschicht 13 einer Platin schicht 14 und einer äußeren Goldschicht 15. Zwischen der Zinnauflage und dem Halbleiterkörper 11 ist innerhalb der fertigen Struktur die in Fig. IC angedeutete Sperrschicht 17 gebildet.

Ausführungsbeispiel

Es wird ein Substrat aus n-Ieitendem Galliumarsenid mit einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ohm -cm mit einer Zinnauflage an der Riickseite verwendet. Ein dünner SnCl.,-Film wird auf die (lOO)-Obcrfläche des Substrats "aufgedampft, und zwar durch eine Molybdenmaske mit einer Öffnung von 0,125 mm Durchmesser. Anschließend wird auf die SnCl.,-Schicht die dünne Zinnschicht aus einer anderen Quelle aufgedampft. Nach der Abscheidung der Zinnschicht wird die Maske vom Substrat abgetrennt und die Scheibe in zwei Hälften aufgetrennt. An der erhaltenen Struktur wurden Kapazitälsmessungen bei Spannungen zwischen 0 und 2 Volt

durchgeführt. Für eine Spannung von 0 bzw. 0,5 bzw. I bzw. 2 Volt ergab sich eine Kapazität von 24,0 bzw. 18,8 bzw. 15,7 bzw. I 2,7 pF. Die Auftragung des reziproken Wertes des Quadrats der Kapazität über der Spannung gemäß Fig. 2 ergibt einen linearen Zusammenhang. Die Linearität der Kurve zeigt an, daß es sich bei der Struktur tatsächlich um eine Schottky-Sperrschicht handelt.

Hierzu 1 Blait Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Kontaktes auf einem n-Ieitenden Galliumarsenidsubstrat, bei dem zunächst der vorgesehene Kontaktbcreich mit Zinnchlorid oder Zinnbromid als Flußmittel überzogen wird, darauf eine Zinnschicht aufgebracht wird und anschließend daran eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in einer pulsförmigen Erhitzung der Zinnschicht auf 232° C besteht, wodurch sich an der Grenzfläche zwischen der Zinnschicht und dem Galliumarsenidsubstr:,t eine Schottky-Sperrschicht bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinnschicht durch Aufdampfen niedergeschlagen wird.

3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinnschicht durch ein handbetäligtes Werkzeug aufgebracht wird.