Устройство для электрожидкостной эпитаксии

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОЖИДКОСТНОЙ ЭПИТАКСИИ твердых растворов HI-V, включающее основание, установленные на нем подложкодержатель и емкость для раствора-расплава, снабженные токоподводами, о т л и ч а ю 1Д е е с я тем, что, с целью изменения состава.по поверхности слоя, оно снабжено установленным в торце токоподвода подпожкодержателя диэлектрическим вкладышем. 2.Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью получения слоев с увеличивающейся к центру концентрацией более тугоплавкого компонента, вкладыш выполнен в форме цилиндра, диаметр которого меньше диаметра токоподвода подпожкодержателя . 3.Устройство по И.1, о т-л и чающееся тем, что, с целью о получения слоев с уменылакядейся к (Л центру концентрацией более тугоплавкого компонента, вкладыш выполнен.в форме цилиндра с отверстием в центре и диаметром,.равным диаметру токоподвода . ел х о Е:О

„„SUiД A

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 O 30 В 19 06 р .":, 1

fl (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMV СВИДЕ П:ЛЬСТВМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

21) 3373320/23-26

° °

22) 23. 12. 81

P (46) 07. 12.83. Бюл. Ю 45 (72) Л.B. Голубев, С. B. Новиков и Ю.В.Шмарцев (71) Ордена Ленина физико-технический институт им. A.Ô. Èîôôå (531 621.З15.592(088.8) (56) 1. Jastrzebski L., Imamura J..

Satos Н.С. Пйcknesz Uniformity of

Ga As Layers Grown by Electroepitaxy.—

J. Electrochem. $ос., .v. 125, 9 7, 1978, рр. 1140-1146.

2. Bryskicwicz Т., 1.agowski J., Satos Н.С. Electroepitaxy of I1ulti.component Ьузаеаз. Jernary and

Quarternary Compounds. — J. Appl.Phys.

51, Р 2, 1980, рр.988-996 (прототип ° (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО 3JIEKTPOЖИДКОСТНОЙ ЭПИТАКСИИ твердых раство-. ров Ill-V включающее основание, установленные на нем подложкодержатель и емкость для раствора-расплава, снабженные токоподводами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью изменения состава.по поверхности слоя, оно снабжено установленным в торце токоподвода подложкодержателя диэлектрическим вкладышем.

2. Устройство по п.1, о т л и чаю-ще е с я тем, что, с целью получения слоев с увеличивающейся к центру концентрацией более тугоплавкого компонента, вкладыш выполнен в форме цилиндра, диаметр которого меньше диаметра токоподвода подложкодержателя.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью получения слоев с уменьыакщейся к центру концентрацией более тугоплав— кого компонента, вкладыш выполнен.в форме цилиндра с отверстием в центре и диаметром,.равным диаметру токоподвода.

1059031

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может найти применение при создании сложных полупроводниковых структур и приборов., Известно устройство для электрожидкостной эпитаксии гетероструктур на основе Ga As включающее основание, установленные на нем подложкодержатель и емкость для растнора-расплава, снабженные токоподводами.

Один токоподнод к подложке выполнен 10 в виде трехслойной структуры, размещаемой на графитовом основании и состоящей из танталловой фольги толщиной порядка 50 мкм, покрытой с двух сторон слоями гадлия толщиной поряд- 45 ка 150 мкм. Это устройство позволяет обеспечить однородный контакт к подложке и, следовательно, однородное распределение тоха по площади последней, что в свою очередь приводит к о получению однородного по толщине и состану кристаллизуемого слоя f1) .

Однако данное устройство не позволяет получать слои с изменяющиг ся по поверхности составом, что ограничивает возможность его применения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для электрожидкостной эпитаксии твердых растворов III-V, включающее основание, установленные на »ем подложкодержатель и емкость для раствора-расплава, снабженные токоподнодами. Один токоподнод к подложке выполнен н виде трехслойной структуры, размещенной на графитовом 35 основании и состоящей из танталлоной фольги, покрытой с двух сторон слоями галлия. Эта структура позволяет обеспечить однородный контакт к подложке и, следовательно, однородное рас- 4р пределение тока по ее площади. Второй токоподнод выполнен н виде графитового блока,.закрепленного на диэлектрическом контейнере. С помощью изнест ного устройства получены эпитаксиаль-45 ные слои Са< > Л1 As со стабилизацией состава вдоль направления роста. на расстоянии уже порядка 10 мкм от подложки. С ростом плотности тока происходит уменьшение концентрации наибо- 5О лее тугопланкого компонента (алюминия, при этом слои имеют однородное распределение состана по поверхности (2 .

Однако известное устройство не позволяет получать структуры с изме- 5 нением состана IIo поверхности слоя, что ограничивает возможности его применения.

Цель изобретения - изменение сос.тава по поверхности слоя. 60

ПоставЛенная цель достигается тем, что устройство для электрожид костной эпитаксии твердых растворов

III-V включающее основание, установленные на нем подложкодержатель и ем-65 кость для раствора-расплава, снабженные токоподводами, снабжено установленным в торце токоподвода подложкодержателя диэлектрическим вкладышем, При этогл с целью получения слоев с увеличивающейся к центру концентрацией более тугоплавкого компонента, вкладыш выполнен в форме цилиндра, диаметр которого меньше диаметра.токоподвода подложкодержателя.

Кроме того, с целью получения слоен с уменьшающейся концентрацией более тугоплавкого компонента, вкладыш выполнен в форме цилиндра с отверстием и центре и диаметром, равным диаметру токоподвода. °

Наличие диэлектрического вкладыша позволяет создать неоднородный контакт к .подложке — токоподнод тем самым осуществляют лишь к участкам, находящимся вне нклацыша. Это н свою очередь позволяет перераспределить рабочий ток по площади подложки и, следовательно, получить изменение состава по поверхности слоя. В частности, для достижения дополнительных целей токоподнод осуществляют к подложке с помощью кольцевого либо точечного контактов.

На фиг.1 показано устройство для электрожидкостной эпитаксии слоев твердых растворов III-V с унеличинающейся к центру концентрацией более тугоплавкого компонента, на фиг.2 то же, с уменьшающейся к центру кон-! центрацией более тугоплавкого компонента, на фиг.3 — распределение более тугопланкого компонента по поверхности слоя, получаемого н устройстве, изображенном на фиг.1; на фиг.4распределение, получаемое в устройстве, изображенном на фиг.2.

Устройстнс> состоит из основания 1, установленного на нем подложкодержателя 2 и емкости 3 для раствора-расплава. Токоподвод к раствору-расплаву осуществляют с помощью графитового блока 4. Токоподнод к подложке 5 осуществляют через отверстия 6, образованные цилиндрическим диэлектрическим нкланьгшем 7.

Устройство работает следующим образом.

Через графитовое основание 1 и блок 4 к устройству прикладывается напряжение, под действием которого в рабочем объеме емкости 3 для раствора-расплава, куда помещен раствор-расплав, протекает постоянный электри- ческий ток, вызывающий электромигра-, цию компонентов раствора-расплава и эффект Пельтье на гранйцах раздела подложка - раствор-расплав и подложка — токоподвод, приводя@не к кристаллизации на поверхности подложки 5 эпитаксиального слоя с изменяющимся по поверхности слоя составом. ю

1059031

Пример. Рассмотрим подробнее работу устройства на примере получения конкретной структуры Al Ga As/Ga

As. Устройство для электрожидкостной эпитаксии твердых растворов III-V включало графитовое основание 1графит

ИПГ-б), установленный яа нем подложкодержатель из пиролитического борнилита и емкость для раствора-расплава из борнилита. Диаметр рабочего объе-. ма равняется б мм. Подложки и-Ga As имели толщину 500 мкм, диаметр 10 мм, концентрацию носителей 1-2-10@ см и ориентацию рабочей стороны (III) A.

Диэлектрический вкладыш из пиролитического борнилита укреплялся под 15 подложкой в графитовом основании.Для получения слоев с увеличивающейся к центру концентрацией более тугоплавкого компонента диаметр составляет

4 мм, высота 8 мм, а для создания слоев с уменьшающейся к центру концентрацией более тугоплавкого компонента диаметр — 6 мм, а отверстие в центре цилиндра имеет диаметр 2 мм и высоту 8 мм. 25

Для проведения процесса эпитаксии в рабочий объем контейнера загружали навеску папупроводниковых материалов

Ga, GaAs и А1 (Сд 1,6 ° 10 > :мол. долей С g 4 -10- 2. мол долей) 30 и подложку. Устройство помещали вреактор, через который пропускали поток водорода, очищенного диффузией через палладий, и систему нагревали до 860 С, при которой выдерживали в течение 2 ч для насыщения растворарасплава. После этого подложку перемещали под рабочий объем и через систему пропускали постоянный электрический ток величиной до 10 А, за счет чего на подложке происходила кристаллизация эпитаксиального слоя.

По окончании процесса роста растворрасплав удаляли .с подложки и систему охлаждали до комнатной температуры. Полученные слои Ga<. А1 Ль

,исследовали метОдом рентгеноспек,трального микроанализа, который поз,волял определить химический состав.

Вторичную проверку проводили путем снятия спектров фотолюминисценции, снятых с соответствующих участков поверхности, из которых путем пересчета через ширину запрещенной эоны определяли состав. Эпнтаксиальные слои имели радиально изменяющийся по площади состав растущего слоя. Эти слои получены при T 860 С, величио не тока 8А высоте раствора-расплава

3 мм. Результаты на фиг.З показывают увеличение к центру концентрации алюминия для случая вкладыша диамет- ром меньшим диаметра токоподвода подложкодержателя, а на фиг.4 уменьшение к центру концентрации алюминия для вкладыша с отверстием в центре.

Таким образом, как видно из представленных кривых, подтверждается ранее неизвестный эффект радиального изменения состава по поверхности слоя, а именно с увеличивающейся и уменьшающейся к центру концентрацией более тугоплавкого компонента при использовании данного устройства для электрожидкостной эпитаксии твердых растворов III-V.

1059031

-ГО -ff 10 ОХ 0 ЮХ 10 15 РР Я,мй

Pvg. У

Составитель A.Íîãèíoâ

Редактор Г.Беэвершенко Техред С.Легеза

КорректоР Ю. Макаренко г

Подписное филиал ППП "Патент", r.Óæãî îä, ул.Проектная, 4

Заказ 9723/26 . Тираж 370

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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