Устройство для получения пленок халькогенидов из паровой фазы

 

Использование: полупроводниковая техника. Устройство включает горизонтальный кварцевый реактор и установленный внутри него подложкодержатель в виде квазизамкнутого обьема, соединенного с эффузионной ячейкой для ввода одного из компонентов. Подложкодержатель выполнен в виде кварцевой трубки, снабженной пористой перегородкой, отделяющей секцию для размещения халькогена, параллельно которой установлена подложка. Напротив подложки в конце трубки размещена эффузионная ячейка для ртути. Обеспечено получение однородных по толщине пленок теллурида ртути при уменьшении ее расхода. 3 ил. о ел С iOO о М

СОЮЗ СOEÇF. (СКИХ, СОЦИАЛИСТИЧЕСКИX

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

;СО

С)

1С, (ей

lC) . Э

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4853286/26 (22) 18,07.90 (46) 07.04,93. Бюл. ¹ 13 (71) Институт физики полупроводников СО

AH СССР (72) Ю,Г,Сидоров, B,С,Варавин и H.И.Козырь (56) Fufte О.N., Stelger ЕЛ, Growth and

properties of Hg1-x Cdx Te epitakial layers//

l Appl.Phys, — 1969. v.40, — N 11. — P45594568.

Antciiffe l,А., Kraus Н. Preparation and

transport properties of epitakial. HgTe

films.//1.Phys, Chem. Solids, — 1969. -чо!,30.

N 2, — р.243 — 248.

Васильева Л.Л. Моделирование процессов осаждения диэлектрических слоев из газовой фазы в реакторах пониженного давления (совместные проблемы физической химии поверхности полупроводников).

Отв..ред. Ржанов А,В., Репинский С.М.—

Новосибирск: Наука, 1988, — с.152-176.

Piotrowski J. at al. High capability, quasiclosed growth system for isothermal vapaour

phase epitaxial of,(Hg, Cd) Te,// Thin Solid

Films. — 1988, — 161, — с.157 — 169.

Изобретение относится к технологии выращивания пленок полупроводников и может быть использовано для выращивания однородных по толщине пленок из паровой фазы в градиенте температуры, Цель изобретения — получение однородных по толщине пленок теллурида ртути и уменьшение расхода ртути.

„„БЦ„„1807102 А1 (s(?s С 30 В 23/02, 29/48 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК ХАЛЬКОГЕНИДОВ ИЗ ПАРОВОЙ ФАЗЫ (57) Использование; полупроводниковая техника. Устройство включает горизонтальный кварцевый реактор и установленный . внутри него подложкодержатель в виде квазизамкнутого обьема, соединенного с эффузионной ячейкой для ввода одного из компонентов. Подложкодержатель выполнен в виде кварцевой трубки, снабженной пористой перегородкой, отделяющей секцию для размещения халькогена, параллельно которой установлена подложка, Напротив подложки в конце трубки размещена эффузионная ячейка для ртути. Обеспечено получение однородных по толщине пленок теллурида ртути при уменьшении ее расхода. 3 ил.

На фиг.1 показан предложенный подложкодержатель с квазизамкнутым объемом. Подложкодержатель представляет собой кварцевую трубку (подложкодержатель) 1, в которой находятся пластина 2 из пористого графита, подложка 3 и кварцевые кольца 4.

На фиг.2 приведена схема расположения источников и подложки в реакторе (явор у);:. а фиг,3 лемпер >турный профиль а реакторе, Схема на фиг.2 включает; 1 кварцевый подложкодержатель; 2 - пластину из пористого графита; 3 - подложку; 4— кварцевые кольца: 5 — кварцевый реактор; 6 — источник теллура; 7 — источник ртути, Для проведения процесса роста в кварцевый реактор 5 последовательно загружаются источник теллура 6, подложка 3 и источник ртути 7. Расположение источников и подло>кки в реакторе фиксируется при помощи кварцевых колец 4. Реактор откачивается и заполняется водородом, предварительно пропущенным через палладиевый очиститель. После этого источники и подложка выводятся на заданный температурный оежим, Подложк" находится в квазизамкнутом обьеме, поэтому потоки паров к подложке поступают за счет диффузии через пластину из пористого графита. Следовательно, конвективный и диффузионный потоки паров разделены пластиной из пористого графита и между графитовой пластиной и подло>ккой происходит только диффузионной массоперенЬс.

Увеличение толщины пластины увеличивает диффузионное сопротивление потоку компонентов на поверхность подложки и уменьшает скорость роста пленки теллурида ртути, Поэтому толщина пластины должна быть минимальной, В нашем случае минимальная толщина пластины определялась размером зерен в графите- при уменьшении толщины пластины до 3 — 4 мм в пластине появлялись отверстия размеров до 1 мм, создающие участки ускоренного роста на подложке, Толщина графитовой пластины бралась равной 5 мм. Расстояние между графитовой пластиной и подложкой равняется 3 — 5 мм, Экспериментально установлено, что при расстояниях, больших 5 мм, неоднородность толщины выращенной пленки увеличивается, При расстояниях меньше 3 мм падает скорость осаждения.

Температура источника ртути выбирается таким образом, чтобы обеспечить давление паров ртути р(Нц) = 0,5 — 1 атм. Это давление должно быть больше давления диссоциации теллурида ртути, соответствующего температуре подложки, но не слишком велико, так как с ростом давления паров ртути падает скорость роста пленок теллурида ртути. Для уменьшения расхода ртути используется квазизамкнутый реактор без потока водорода в процессе проведения эпитаксии, причем источник ртути ставится на выходе из реактора и диаметр его подбирается близким к внутреннему диаметру реактора, чтобы минимизировать количество ртути, выходящей из горячей зоны в холодные части реактора. Величина зазора между источником ртути и стенками реактора равняетсч 1-2 мм. При расстояниях, больших 2 мм. источник ртути не является для реактора заглушкой и в холодных частях реактора происходит конденсация большого количества ртути, вышедшей из горячей эоны реактора. При расстояниях, меньших 1 мм, невозможно осуществить загрузку кварцевого источника ртути в кварцевый реактор из-за эллиптичности кварца, Конструкция источника ртути обесйечивает уплотнение выхода из реактора. достаточную вместимость по ртути и создание необходимого

15 давления паров ртути в реакторе.

Давление паров теллура на два порядка меньше, чем давление паров ртути, и перенос теллура в сторону подложки осуществляется за счет градиента температуры.

Увеличение температуры источника теллура приводит к увеличению скорости роста пленки вплоть до нарушения гладкости поверхности пленки, то есть до образования капель на поверхности выращенной пленки.

При уменьшении температуры источника теллура скорость роста пленки уменьшается. Температура подложки равняется 440—

540 С. В этом температурном диапазоне были выращены пленки теллурида ртути без

30 морфологических дефектов поверхности.

При увеличении температуры подложки скорость роста пленки увеличивается, а качест ве поверхности ухудшается вплоть до нарушения гладкости поверхности выра35 щенной пленки, при уменьшении температуры подложки скорость роста пленки резко уменьшается до прекращения роста пленки.

Размер используемых для роста подложек определяется размером подложкодер40 жателя, который, свою очередь, зависит от размера реактора, При росте использовались подложки диаметром 25-30 мм.

Пример, Устройство для выращивания пленок теллурида ртути из паровой фазы, содержащее источник теллура, источник ртути и подложку, расположенную на подложкодержателе.,П одлож коде ржател ь представляет собой кварцевую трубку. в ко50 торой на расстоянии 3-5 мм от подложки находится пластина из пористого графита.

Источники и подложка располагаются в квазизамкнутом реакторе и источник ртути выполнен в виде заглушки реактора так, что

55 зазор между источником ртути и стенками реактора равняется 1-2 мм.

Однородностьтолщины по поверхности подложки пленки теллурида р ути, вы ращенной в течение 120 мин, следуюгцая: при диаметре пленки 20 мм толщина пленки со1807102 ставляет h = 13,9 0,5 мкм (доверительная вероятность а = 0,99).

Пс сравнению с прототипом, предлагаемое техническое решение имеет следующие технико-экономические преимущества.

Изобретение позволяет получить пленки теллурида ртути однородной толщины по поверхности подложки потому, что при росте оптимальные потоки hRpoB ртути и теллура поступают к подложке только эа счет диффузии и обеспечено равномерное введание осаждаемых компонентов а диффузионную зону. Таким образом, выполняется условие равномерного поступления потоков паров к подложке, Техническое решение опробовано для выращивания пленок HgTe на подложках

CdTe. Необходимость однородности пленок теллурида ртути по толщине в нашем случае определялись назначением этих пленок.

Они использовались для приготовления пленок твердых растворов теллуридов кадмия и ртути методом изотермической диффузии. При этом теллурид кадмия поступал из подложки, а состав твердого раствора определялся толщиной пленки теллурида ртути, температурой и продолжительностью отжига. Понятно, что неоднородность толщины пленки теллурида ртути приводит к неоднородности состава твердого раствора. Требования к однородности твердых растворов высокие, Конечной характеристикой качества пленок теллурида ртути в . нашем случае являются свойства приготовленных из них пленок твердых растворов. (, использован ем предлагаемого уст ройс Rа получены пленки твердых растворов теллу ридов кадмия и ртути с параметрами. типич5 ными для пленок твердых растворов теллуридов кадмия и ртути, выращенными из паровой фазы; и - 1E+15 и подвижность носителей заряда 30000-50000 см /B с. р =

1E+16 и подвижность до 400 см /В с и врез

10 мя жизни в материале и-типа 2Е-7 с при 77

К.

Типичная однородность пленок по составу по площади пластины диаметром 25 мм составляет x = 0,200; 0,220; 0,205; 0,212;

15 0,209, что удовлетворяет приборным требованиям при изготовлении многоэлементных фотоприемников, Формула изобретения

Устройство для получения пленок халь20 когенидов из паровой фазы, включающее горизонтальный кварцевый реактор и установленный внутри него подложкодержатель в виде .квазизамкнутого объема, соединенного с зффизуионной ячейкой для ввода од25 ного.из компонентов пленки, о тл и ч а ющ е е с я тем, что, с целью получения однородных по толщине пленок теллурида ртути и уменьшения расхода ртути, подложкодержатель выполнен в аиде кварцевой трубки, 30 снабженной пористой перегородкой, отделяющей секцию для. размещения халькогена, параллельно которой установлена подложка, а напротив нее в конце трубки размещена эффузионная ячейка для ртути, 35

) 807102

Составитель Н. Корырь

Техред М. Моргентал

Корректор Г,Кос.Редактор Л.Волкова

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

° .

Заказ 1362 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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