Способ жидкофазной эпитаксии методом испаряющегося растворителя

 

Изобретение относится к металлургии полупроводников, а именно к получению однои многослойных полупроводниковых эпитаксиальных структур для полупроводниковой промышленности, и позволяет улучшить морфологию выращиваемых структур, получить локальную эпитаксию, а также получить резкие переходы между выращиваемыми слоями. Подложку приводят в контакт с раствором расплавом олово-германий-мышьяк. Пористую полупроницаемую перегородку размещают на расстоянии не более 4 мм от поверхности подложки. В качестве газа-реагента используют йодистый водород давлением 20 мм рт.ст. Для получения локальной эпитаксии часть поверхности раствора-расплава закрывают непроницаемой перегородкой, а для получения резких переходов между выращиваемыми слоями до контакта подложки с раствором-расплавом его поверхность закрывают непроницаемой перегородкой и удаляют ее после контакта подложки с раствором-расплавом. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (!!) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BT0PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4077521/23-?6 (22) 15.04.86 (46) 30.07.90. Бюл, !! 28 (72) Г.М, 1!алкин (53) 621.315.592 (088,8) (56) Заявка ФРГ М 1619987, кл. Н 01 L 21/208, 1977. (54) СПОСОБ ЖИДКОФАЗНОЙ ЭПИТАКСИИ !!ЕТОДОИ ИСПАРЯИЩЕГОСЯ РАСТВОРИТЕЛЯ (57) Изобретение относится к металлургии полупроводников, а именно к получению одно- и многослойных полупроводниковых эпитаксиальных структур для полупроводниковой промышленности и позволяет улучшить морфологию выращиваемых структур, получить локальную эпитаксию, а также получить резИзобретение относится к металлургии полупроводников, а именно к получению одно- и многослойных полупроводниковых эпитаксиальных структур для полупроводниковой промьшшенности.

Целью изобретения является улучше.— ние морфологии выращигаемых структур, получение локальной:зпитаксии, а также получение резких переходов между выращиваемыми слоями.

На чертеже показан тигель для реализации предложенного способа.

Тигель содержит ползун 1 с углублением для подложки 2, блок 3 с ростовыми камерами, с испаряющимися растворами-расплавами 4-6, шток 7 для перемещения ползуна с подложкой, шток

8 для перемещения пористых полупро(5!)5 С 30 в 19/00, Н 01 L 21/208 кие переходы между выращиваемыми слоями. Подложку приводят в контакт с раствором расплавом олово — германиймышьяк. Пористую полупроницаемую перегородку размещают на расстоянии не более 4 мм от поверхности подложки. В качестве газа-реагента используют йодистый водород давлением

20 мм рт.ст. Для получения локальной. эпитаксии часть поверхности растворарасплава закрывают непроницаемой перегородкой, а для получения резких переходов между выращиваемыми слоями до контакта подложки с растворомрасплавом его поверхность закрывают непроницаемой перегородкой и удаляют ее после контакта подложки с раствором-расплавом. 2 з.п, ф-лы, 1 ил. ницаемых перегородок, шток 9 для перемещения удаляемой герметичной крышки 10, сменную подвижную пористую полупроницаемую перегородку 11, сменную подвижную пористую полупроницаемую перегородку 12, пластину 13 со сменными подвижными пористыми полупроницаемыми перегородками и фаски 14 пористой перегородки.

Возможны по крайней мере два изотермических варианта осуществления способа: рост слоев из заранее пересыщенного раствора-расплава и рост слоев структуры из квазиравновесного расплава.

В первом варианте при температуре эпитаксии закрывают пористую перегородку, для чего сдвигают герметич1581786 ную крышку 10 так, чтобы перегородка с порами была закрыта или устанавливают пластину 13 с пористыми перегородками с помощью штока 8 в положение, когда камеры роста закрыты.

Впускают в реактор гаэ-реагент,открывают KpblllIKy 10 (или пластину 13 устанавливают в положение, когда одна из камер блока 3 закрыта пористой перегородкой на расстоянии не более

4 мм от подложки). Через время, необходимое для создания пересьш1ения,,закрывают ростовую камеру как описа,:но Выше и ВВОдят В нее подложку пе:ремещением ползуна 1 штоком 7. В результате контакта между пересыщ HHblM расплавом и подложкой, на последней образуется эпитак"иальная пленка, Во втором варианте подложку перемещением ползуна 1 штоком 7 вводят в насыщенный при температуре эпитаксии и закрытый крышкой 10 (или плас. тиной 13) расплав. После получения контакта между расплавом и подложкой 25 перемешают пористую полупроницаемую перегородку 11 (или аналогичную перегородку 12 меньшей площади для получения локальной эпитаксии) в положение над расплавом на расстояние не бо— лее 4 мм от подложки. Газ-реагент через поры пластины взаимодействует с расплавом, образуя летучее соединение, возникает пересыщение и на пластине образуется эпитаксиальная пленка. Прекращение роста получают перемещением крышки 10 над пористой перегородкой (или перемещением пластины 13 в положение, когда камера роста закрыта, а пористая перегородка сдвинута с камеры, роста). При большом расходе растворителя пористая перегородка может перемещаться в направлении к держателю подложек под действием своего Веса. Пористая перегородка может быть изготовлена путем прессования крупнозернистого порошка из графита или сверления в сплошной графитовой пластине отверстий диаметром 150-200 мкм с расстоя50 кием между центрами отверстий 250300 мкм.

Пример 1. Локальные слои Выращивают из расплпва галлия Ga, насыщенного мышьяком, при 600 С. В частности выращивают локально полоски

55 р-типа GaAs толщиной О,l мкм, легиро, ванные Ga в качестве активного слоя импульсного инжекционного лазера на гетероструктуре GaAs — GaA1As. Для этого полупрозрачную перегородку изготавливают из пластины монокристаллическо го кремния толщиной

300 мкм, в которой методами фотолитографии и селективного травления формируют V-образные параллельные сквозные канавки так, чтобы вершины канавок образовывали систему параллельных щелей с шириной 10 мкм.

Затем пластину термически окисляют до образования на ней прочного окисла SiO g, который защищает ее от раэрущения расплавами и галогенидами.

На подложке СаЛя марки АГЧТ обь«чным методом (со снижением температуры) в тигле предварительно выращивают последовательно буферный слой

GaAs, ограничивающий слой Al Са As

ОЪ 01 толщиной 2 мкм и ограничивающии слой Al Ga Ав . (2 10 « см ) толщиной 1,3 мкм. После этого температуру стабилизируют на уровне 600 С, полупроницаемую перегородку из кремния прижимают к расплаву галлия, насыщенного мышьяком. Подложку GaAs размещают в углублении ползуна, причем толщина подложки 160 мкм при глубине углубления 200 мкм. Таким образом, при прижимании перегородки к расплаву под перегородкой образовывался слой расплава 40 мкм. Затем над перегородкой пропускают в течение 60 с газовую смесь йодистого водорода с газом-носителем водородом (парциальное давление HI составляет

15 мм рт.ст ° ). В результате взаимодействия HI с расплавом галлия через систему параллельных щелей перегородки галлий испаряется и вдоль щелей создается пересыщение по мьппьяку. В течение 60 с под щелями на слое

A1GaAs растут полоски GaAs активного слоя гетероструктуры. Благодаря диффузии мышьяка в жидкой фазе скорость роста на подложке непосредственно под щелью выше, чем на периферии, поэтому в поперечном сечении полоски были серповидными и максимальная толщина в центре полоски 0,1 мкм. Ориентировочно ширина полосок на толщине

0,05.мкм составляет около 40 мкм. Измерения были сделаны с помощью малоуглового сечения методом окрашивания, слоев анодным окислом. Толщина переходных слоев оценивалась по изменению

О окраски и была не более 100 А. До настоящего времени по литературным

5 15 данным такой формы полоски для лазеров выращивали только на профилированных подложках.

После формирования системы полосок их заращивают обычным методом со снижением температуры слоями

P — A1g Са Аз (3 10" см ) толщиной

2 мкм, сильно легированным слоем

СаАз (5 .10 " см ) толщиной = 0,5 мкм и слоем N-типа Al Ga Аз (10- 7см )

ОМХ 05 толщиной около 1 мкм для формирования встречного перехода, ограничивающего растекание рабочего тока в лазере. После эпитаксии методом фотолитографии и химического травления в верхнем слое Al„>>Ga<>gs протравливают контактные канавки шириной 30 мкм на всю глубину этого слоя и поверх всей структуры формируют металлический. контакт. Таким образом, ток через структуру в плоскости р-и-перехода ограничивается шириной канавки в верхнем слое GaAlAs.

Использование локальной изотерми— ческой эпитаксии позволяет в едином цикле эпитаксии получить лазерную структуру, обеспечивающую большую импульсную мощность излучения. Плотность порогового тока более 1 кА/см .

Описанные в литературе лазерные структуры с полосковым активным слоем делают двухэтапным методом эпитаксии, при котором выращивают сплошной активный слой GaAs, затем прерывают эпитаксию, вытравливают меза-структуры, а затем делают вторую эпитаксию для заращивания меза-структур °

Пример 2. На подложке герма.— ния ГДГ-0 00045. толщиной 300 мкм из раствора-расплава олово — гермао ний — мышьяк толщиной 3 мм при 450 С выращивают сплошную пленку германия и-типа толщиной 1 мкм. В качестве источника в расплав вводят германий типа ГЭМ-0,001. Давление йодистого водорода 20 мм рт,ст. Перегородка гра81786 6 фитовая с отверстиями диаметром

200 мкм и расстояниями между центрами около 300 мкм. Длительность процесса

100 с, После эпитаксии вплавляют оми5 ческие контакты из шариков олова диаметром 50 мкм. Затем электрохимическим обтравливанием 57.-ным раствором щелочи (КОН) формируют меза-структуры и измеряют вольтамперные характеристики р-п-ïåðåõîäoâ. Измерения показали, что на границе подложка — пленка формируется резкий туннельный р-ипереход с плоскостью пикового тока порядка 10" А/см, что приблизительно г соответствует толщине перехода 100 А.

Формул а изобретения

20 1. Способ жидкофазной эпитаксии методом испаряющегося растворителя, включающий прапускание над растворомрасплавом газа-реагента при контакте подложки с раствором-расплавом в

25 изотермических условиях, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью улучшения морфологии выращиваемых структур, к поверхности раствора-расплава на расстоянии не более 4 мм от подложки прижимают пористую перегородку, непроницаемую для раствора-расплава и пропускающую газ-реагент.

2. Способ по п,l, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью получения локальной эпитаксии, часть поверхности раствора-расплава закрывают непроницаемой для газа-реагента перегородкой.

3„ Способ по п,l о т л и ч а ю4р шийся тем, что, с целью получения резких переходов между выращиваемыми слоями, до контакта подложки с раствором-расплавом поверхность раствора-расплава закрывают непроницаемой перегородкой и удаляют ее после контакта подложки с растворомрасплавом.

1581786 гл-ргпиипг

Составитель Н. Ярмолюк

Техред Л.Сердюкова

Корректор Т. Палий

Редактор Т. Лазоренко

Подписное

Тираж 352

Заказ 2069

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101