8.4. Изготовление невыпрямляющих низкоомных контактов к арсениду галлия

Как и для большинства полупроводниковых приборов, изготовление контакта в лазерном диоде является важнейшим технологическим этапом, поскольку свойства контактов между полупроводниковым кристаллом с переходом и металлическим корпусом имеют первостепенное значение для уменьшения потерь энергии и отвода тепла. К контакту предъявляют следующие требования: 1) сопротивление контакта должно быть по возможности малым, т. е. он должен быть низкоомным; 2) сопротивление должно быть линейным, т. е. невыпрямляющим; 3) контакт должен обеспечить эффективный отвод тепла от кристалла с переходом; 4) он должен обладать высокими термомеханическими свойствами при низких и комнатных температурах.

Существует несколько методов изготовления контактов: вплавление, термокомпрессия, нанесение металлических покрытий химически, электролитически или испарением в вакууме.

8.4.1. Метод вплавления

Основной (нижний) контакт почти всегда изготавливают методом вплавления. Обычно это бывает контакт к материалу электронной проводимости. На держатель наносится один из следующих металлов: золото, индий, олово, серебро, алюминий, свинец или их сплав. Затем на этот слой помещают кристалл с переходом и выдерживают в атмосфере водорода при температуре в течение 30—60 мин. Между кристаллом и металлическим слоем образуется слой жидкого сплава, который частично растворяет арсенид галлия. При охлаждении из расплава кристаллизуется слой сильно легированного полупроводника с образованием прочного омического контакта. Глубина вплзвления в зависимости

от состава сплава получается от 30 до 50 мкм. Ровность фронта вплавления определяется чистотой и состоянием поверхности арсенида галлия, смачиваемой контактным металлом.

Известно, что многие металлы (олово, свинец, цинк, кадмий и др.) неоднородно смачивают поверхность арсенида галлия-. В этом случае при изготовлении контактов используют сплавы, содержащие галогениды этих металлов: которые обеспечивают хорошую смачиваемость поверхности арсенида галлия и, следовательно, ровный фронт вплавления и хороший невыпрямляющий контакт к материалу -типа.

Метод вплавления применяют и для изготовления верхнего контакта. Обычно для материала дырочной проводимости в качестве контактных металлов используют золото, индий, медь, серебро, алюминий.

Если контактный сплав наносится не на целую пластину, а на отдельный кристаллик, то на последний помещают маленький кусочек индия или сплава индий — свинец и- сплавляют описанным выше способом. Далее, к полученной капле сплава в зависимости от конструкции диода припаивают либо верхний держатель корпуса, либо тонкую выводящую проволочку.

8.4.2. Метод термокомпрессии

Метод термокомпрессии является модификацией метода вплавления с целью снижения температуры вплавления путем приложения давления в местах контакта. Золотую или серебряную проволочку диаметром 0,025 мм сжимают при небольшом нагреве в атмосфере водорода между держателем и кристаллом. Этот метод позволяет получать малую и контролируемую глубину вплавления и применяется для изготовления контактов к очень неглубоким переходам и кристаллам очень малых размеров.

8.4.3. Химические методы

Наилучшим методом изготовления контактов является нанесение контактных металлических слоев на обе стороны пластины с переходом до скалывания ее на кристаллы. Нанесение слоев можно осуществить химическим и электрическим методами или вакуумным напылением

с последующим вплавлением. После скалывания кристаллы с такими слоями могут быть припаяны к контактам любого типа.

Химическое нанесение металлов (обычно золота и никеля) на поверхность арсенида галлия производят путем осаждения их из растворов соответствующих солей. Нанесение слоев происходит на обе стороны пластины одновременно. Сначала пластину покрывают тонким слоем золота, затем никеля и снова золота. После этого пластину нагревают до температуры около для вплавления никеля в арсенид галлия и снова покрывают никелем. Нанесение золота производят при комнатной температуре в течение 15—30 с из смеси, содержащей 4 части водного раствора и 1 часть плавиковой кислоты. Нанесение никеля осуществляют в течение 1—2 мин при температуре из раствора, содержащего 3 части часть частей частей на воды.

Первое нанесение золотого покрытия и вплавление никелевого обеспечивают получение хорошего контакта. Второе покрытие золотом наносится для контроля температуры при вплавлении. Последнее покрытие никелем способствует хорошей смачиваемости поверхности пластины припоем.

8.4.4. Вакуумное напыление

Метод вакуумного напыления является одним из самых удобных методов нанесения контактных металлов на пластину арсенида галлия, поскольку он позволяет наносить слои контролируемой толщины и рисунка. Метод пригоден для материала как так и -типа. Поверхность пластины предварительно протравливают в течение 30 с в разбавленной азотной кислоте и промывают в воде, ацетоне и метаноле. Затем пластину помещают в вакуумный испаритель и после откачки нагревают до 550 °С в течение нескольких минут для очистки поверхности. После этого пластину охлаждают до и на поверхность ее напыляют слой серебра толщиной 1 мкм. Затем пластину вновь выдерживают в течение нескольких минут при , наконец, при комнатной температуре на поверхность напыляют слой никеля толщиной 0,3 мкм. Такие контакты обладают столь большой

механической прочностью, что при вытягивании припаянной к контакту медной проволочки разрыв происходил по телу кристалла.

Немного проще производится напыление контактного сплава Напыление проводят при температуре 300 °С до толщины слоя 0,5 мкм, после чего пластину подвергают отжигу при 550 °С в течение 2 мин.

Хорошие низкоомные невыпрямляющие контакты изготавливают напылением сплавов или на горячую пластину арсенида галлия при температуре Например, напыление на материал -типа сплава и на материал сплава производят при 450 °С в течение 10 мин в атмосфере инертного газа. Поверхностный слой арсенида галлия растворяется в этом сплаве, и при охлаждении кристаллизуется сильно легированный материал.

Метод вакуумного напыления, как и метод термокомпрессии, можно применять для изготовления контактов к неглубоким переходам.