Способ получения гетероструктур на основе полупроводниковых соединений

 

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и может быть использовано для создания оптоэлектронных приборов, работающих в спектральном диапазоне 0,59-0,87 мкм. Изобретение обеспечивает повышение качества гетерограницы, расширение спектрального диапазона материала от 0,59 до 0,87 мкм и получение однородного по составу эпитаксиального слоя. Способ включает осаждение эпитаксиального слоя на подложку GaAs из раствора-расплава с подпиткой его из кристалла-источника, следующего состава ,ат. %: Аl - 1,0-17,0, Р - 0,5-41,0, As - 9,0- 49,5, Ga - остальное. Состав раствора-расплава, ат. %: Al - 0,0019 -0,0560; P-0,0130-2,0500; As - 3,580-22,300; In - 0,8660-92,4065; Ga - остальное. Процесс ведут в поле с температурным градиентом между источником и подложкой. Получены слои толщиной 62-96 мкм однородные по составу. 2 табл.

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и может быть использовано для создания оптоэлектронных приборов, работающих в спектральном диапазоне 0,59-0,87 мкм.

В современной технологии жидкофазного эпитаксиального (ЖФЭ) получения полупроводниковых материалов в основном используются трех- или четырехкомпонентные твердые растворы, которые обеспечивают только совпадения параметров решетки с бинарной подложной для определенного спектрального диапазона.

Известен способ выращивания полупроводниковых четырех- или пятикомпонентных сплавов [1] решетка которых совпадает с решеткой подложки, молекулярно-лучевой эпитаксией (МЛЭ). Однако существующий способ является в настоящее время довольно дорогостоящим, а также этим способом невозможно получать толстые, более 100 мкм, эпитаксиальные слои, однородные по составу.

Известен способ получения эпитаксиальных структур на основе твердых растворов AlxGa1-xAsySb1-y методом жидкостной эпитаксии [2] взятый за прототип, где в исходную жидкую фазу, состоящую из компонентов Al, Ga, As и Sb добавляют пятый компонент In для предотвращения подтравливания подложки и улучшения качества слоя. В конечном счете получают четырехкомпонентный твердый раствор AlxGa1-xAsySb1-y изовалентно легированный индием. Поэтому этим способом все же не удается получить полностью согласованный по параметру решетки и КТР эпитаксиальный слой с подложкой, значительно расширить спектральный диапазон материала и получить однородный по толщине слоя полупроводник. Известные способы ЖФЭ не позволят принципиально обеспечить строгое согласование параметра решетки и KТP подложки и эпитаксиального слоя по всему его объему, что и сказывается на характеристиках изготовляемых приборов.

Целью изобретения является повышение качества гетерограницы, расширение ее спектрального диапазона от 0,59 до 0,87 мкм и улучшения однородности эпитаксиального слоя.

Поставленная цель достигается тем, что в кристалл источник вводят дополнительно Al и Р и его компоненты берут в следующем соотношении, ат.

Аl 1,0-17,0 Р 0,5-41,0 As 9,0-49,5 Ga остальное, а компоненты раствора-расплава берут в следующем соотношении, ат.

Al 0,0019-0,0560 Р 0,0130-2,0500 As 3,5000-22,3000 In 0,8660-92,4065 Ga остальное, что позволяет избежать дефекты между пятикомпонентным твердым раствором и подложкой, улучшает качество гетероструктуры.

Использование многокомпонентного кристалла-источника, содержащего элементы с коэффициентом распределения больше I, позволяет получать однородные по составу и физико-химическим свойствам полупроводниковые материалы толщиной более 100 мкм. Процесс роста эпитаксиального слоя проводят в поле температурного градиента, где подложка GaAs имеет температуру меньше, чем кристалл-источник.

Пример 1. В кассету кругового типа помещают сэндвич, состоящий из подложки GaAs (n-типа 2oC3 1017 см-3) диаметром 30 мм, ориентации 100, полированные и очищенные по стандартной методике, и поликристаллического источника Al0,25Ga0,75P0,82As0,18. Расстояние между подложкой и источником выставляют графитовыми кольцами толщиной L 300 мкм. Для получения раствора-расплава в отдельную ячейку кассеты загружают исходные компоненты, ат. алюминий 0,0019; галлий 1,6500; индий 78,2981; фосфор 2,0500; мышьяк 18,0000. Эту кассету помещают в печь, создающую плоскооднородное поле температурного градиента. Камеру откачивают до давления 110-3мм рт. ст. затем заполняют очищенным водородом до давления 0,4 атм. Температуру в печи поднимают до 865oС, и гомогенизированный расплав продавливают через сэндвич. Процесс выращивания эпитаксиального слоя проводят в течение 2-х часов в градиенте температур 80 град/см. В результате получается эпитаксиальный слой h 96 мкм, состав которого соответствует ат. алюминий 12,5; галлий 17,6; индий 20,0; фосфор 41,0; мышьяк 9,0; соответствующий минимальной длине волны = 0,59 мкм..

Пример 2. В ту же кассету помещают аналогичней сэндвич, но с другим составом кристалла-источника Al0,15Ga0,85P0,21As0,79.

Толщина жидкой зоны также бралась l 300 мкм, но в ячейку кассеты загружалась шихта следующего состава, ат. алюминий 0,0034; галлий 13,5000; индий 71,1766; фосфор 0,1200; мышьяк 14,6000. Температурно-временной режим соответствовал рассмотренному в первом примере. В результате получается эпитаксиальный слой толщиной h 78 мкм, состав которого имел следующее значение ат. алюминий 7,5; галлий 37,5; индий 5,0; фосфор 10,5; мышьяк 39,5; соответствующий среднему значению длины волны = 0,73 мкм..

Пример 3. В этом случае применялась та же технология получения многокомпонентных твердых растворов, что описано выше. Только использовался кристалл-источник Al0,02Ga0,98P0,02As0,98 а для получения раствора-расплава использовались следующие компоненты; ат. алюминий 0,0200; галлий 95,6000; индий 0,8660; фосфор 0,0140; мышьяк 3,5000. В результате был получен эпитаксиальный слой толщиной h 62 мим следующего состава, ат. алюминий 1,0; галлий 48,9; индий 0,1; фосфор 1,0; мышьяк 49,0. В этом случае длина волны соответствовала максимальному значению = 0,87 мкм..

В табл. 1 представлен количественный состав раствора-расплава и полученного из него эпитаксиального слоя, согласно примерам 1-3, а также для промежуточных составов.

Спектральный диапазон оптических свойств слоев различного состава, полученных из растворов-расплавов, представлены в табл.2. Данные, отраженные в табл. показывают, что полученные слои полупроводникового материала позволяют расширить спектральный диапазон от 0,59 до 0,87 мкм.

Исследования состава эпитаксиального слоя AlxGayIn1-x-yPzAs1-z показали, что в случае подпитки его из кристалла-источника получались слои с однородным распределением компонентов по толщине от 5 до 96 мкм (см. табл. 2). Плотность дислокаций в таких слоях коррелирует с составом соответствующих трех- и четырехкомпонентных полупроводников (см. табл. 2). Рентгеноструктурные и люминесцентные исследования пятикомпонентных эпитаксиальных слоев показали улучшение структурного совершенства гетерограницы по сравнению с четырехкомпонентным твердым раствором (см. табл. 2 полуширина дифракционного максимума, механические напряжения, полуширина краевой полосы излучения).


Формула изобретения

Способ получения гетероструктур на основе полупроводниковых соединений AIIIBV путем осаждения эпитаксиального слоя на подложку GaAs из раствора расплава, содержащего Аl, Ga, As, Zn и Р, с подпиткой его из кристалла-источника, содержащего Ga и A, отличающийся тем, что, с целью повышения качества гетерограницы, улучшения однородности эпитаксиального слоя и расширения спектрального диапазона гетерограницы от 0,59 до 0,87 мкм, в кристалл-источник вводят дополнительно Al и Р и его компоненты берут в следующем соотношении, ат. Аl 1 17; Р 0,5 41,0; As 9,0 49,5; Ga остальное, а компоненты раствора-расплава берут в следующем соотношении, ат. А1 0,0019 0,0560; Р 0,0130 2,0500; As 3,500 22,3000; Zn 0,8660 - 92,4065; Ga остальное.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии производства материалов электронной техники и может найти широкое применение в технологии получения полупроводниковых соединений, преимущественно группы А3В5

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при изготовлении эпитаксиальных структур различного назначения методом пиролитического синтеза

Изобретение относится к технологии полупроводниковых материалов и может быть использовано, в частности, при создании фотоприемных устройств, работающих в спектральном диапазоне 1,85-2,1 мкм

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых соединений А В и может быть использовано при производстве электролюминесцентных структур

Изобретение относится к способам получения монокристаллов фосфида галлия и позволяет уменьшить плотность дефектов структуры и.предотвратить растрескивание монокристаллов диаметром более 50 мм

Изобретение относится к техноло ии полупроводниковых материалов, в частно сти к технологии выращивания многокомпонентных тонкопленочных структур методом молекулярно-лучевой эпитаксии в соер вы соком вакууме

Изобретение относится к технологии полупроводниковых материалов и может быть использовано, в частности, при создании фотоприемных устройств, работающих в спектральном диапазоне 1,85-2,1 мкм

Изобретение относится к технологии полупроводниковых материалов и может быть использовано для выращивания эпитаксиальных слоев методом жидкофазной эпитаксии

Изобретение относится к технологии электронного приборостроения и может быть использовано при производстве носителей информации для запоминающих устройств

Изобретение относится к технологии полупроводников и может быть использовано при выращивании монокристаллических слоев карбида кремния, пригодных для создания на их основе электронных приборов

Изобретение относится к магнитной микроэлектронике, радиационной физике твердого тела и может быть использовано при конструировании элементов памяти и логики на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД), применяющихся в полях g-излучений

Изобретение относится к технологии материалов электронной техники, а именно к способам получения эпитаксиальных слоев полупроводниковых твердых растворов CdxHg1-xTe для изготовления на их основе фотовольтаических приемников инфракрасного излучения. Способ получения эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe р-типа проводимости включает выращивание эпитаксиального слоя CdxHg1-xTe с химическим составом в интервале от х=0,19 до х=0,33 мольной доли теллурида кадмия методом жидкофазной эпитаксии в запаянной кварцевой ампуле из раствора-расплава на основе теллура при температуре 500÷515°С и in situ отжиг эпитаксиального слоя в парах шихты, из которой он был выращен, сначала при температуре 350÷370°С в течение 1÷2 ч, а затем при температуре 200÷240°С в течение 20÷24 ч. Техническим результатом изобретения является воспроизводимое получение эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe р-типа проводимости с концентрацией носителей заряда (0,5÷2,0)×1016 см-3 при 77К с высокими значениями подвижности носителей заряда и однородным распределением электрофизических характеристик по толщине эпитаксиального слоя, а также сокращение времени производства эпитаксиальных слоев. 1 табл.

Изобретение относится к технологии материалов электронной техники, а именно к способам получения эпитаксиальных слоев узкозонных полупроводниковых твердых растворов CdxHg1-xTe для изготовления на их основе фотовольтаических приемников инфракрасного излучения. Способ получения эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe из раствора на основе теллура включает выращивание эпитаксиального слоя CdxHg1-xTe (0,19<х<0,33) методом жидкофазной эпитаксии в запаянной кварцевой ампуле при температуре 500÷513°С на подложку Cd1-yZnyTe (0,02<y<0,06) с кристаллографической ориентацией поверхности (111)В±0,5°, расположенную горизонтально над слоем жидкой фазы высотой от 1 до 2 мм, в условиях принудительного охлаждения системы подложка/раствор на 6÷11°С, в зависимости от требуемой толщины эпитаксиального слоя, и предварительное растворение поверхностного слоя подложки в перегретом не более чем на 2° относительно температуры ликвидуса растворе на основе теллура, из которого проводится выращивание эпитаксиального слоя, при этом охлаждение системы проводят со скоростью снижения температуры 0,2÷0,5 град/мин, начиная с момента контакта подложки с перегретым раствором. Техническим результатом изобретения является воспроизводимое получение эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe диаметром до 50 мм без отклонения формы поверхности от формы поверхности подложки с высотой микрорельефа на поверхности эпитаксиального слоя не более 60 нм и разнотолщинностью эпитаксиального слоя по его площади не более 1 мкм при номинальном значении толщины в интервале от 10 до 20 мкм. 1 табл.

Изобретение относится к получению полупроводниковых соединений А3В5, используемых для изготовления подложек GaN, GaAs, GaP и др
Наверх