Способ осаждения слоев полупроводниковых соединений типа а @ в @ из газовой фазы

Способ осаждения слоев полупроводниковых соединений типа а @ в @ из газовой фазы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Саеетскик

Соцнаунстических

Республнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рц1001234 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 19. 06. 81 (21) 3305248/18-25 с присоединением заявки МВ (23) Приоритет (513 М. Кл.

Н 01 I ?1/20»

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 280283, Бюллетень М9 8 (53) У@К 621. 382 (088. 8) Дата опубликования описания 28.02.83

Г.Г..Девятых, Г.А.Домрачев, Б.В.фук В.Г;1 улешов, A.H.Ëàçàðåâ, В.К.Халилов и M.4 .Фурбанов ---., " /

i: . -,,!

У .:, --.. =, Р /

1

Институт химии AH СССР (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ СЛОЕВ ПОЛУПРОВОД11ИКОВЫХ

СОЕДИНЕНИЙ ТИПА А - В 0 ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ

А-R +А A-S-+2RH

2 2 в

A-=zn Cd, Í ;

5-=5, 5е, те; где

Изобретение относится к получению поликристаллических слоев полупроводII 9l никовых соединений типа А- — вследствие реакции между соединением A R> и гидридом элемента YI группы В-Н> ( на поверхности нагретой подложки в результате которой выделяется соединение А В

Известен способ осаждения эпитаксиальных слоев соединений типа А Во по приведенной выше реакции при нормальном давлении газа-носителя водорода и 450-750оС (13.

Недостатком известного способа является то, что при .нормальном давлении в реакторе гидриды YI группы и алкильные производные II группы взаимодействуют гомогенно, поэтому вместо гидрида В-Н> используют сое1 динение В- (СНЗ)2, что приводит к з агряэ не нию слоев с седине н ия A- ВII VI углеродом. Кроме того, известный способ, характеризуется низкой скоростью роста слоев (до 0,3 мкм/мин).

Наиболее близким к предлагаемому является способ осаждения слоев полупроводниковых соединений типа

Ай В 6 из газовой фазы, включакщий нагрев подложки в реакторе с последующим взаимодействием на ее поверхности исходных веществ при пониженном давлении. Согласно этому способу для подавления гомогенной реакции между гидридом У группы и алкилом П группы слои осаждают в токе водорода при пониженном давлении 10,15 мм рт. ст ) и 300-420 С.

Этим способом получают тонкие (до

2 мкм ) эпитаксиальные слои селенида цинка . 2 .

Недостатками этого способа являются низкая скорость осаждения (О, 033 мкм/мин ), которая не позволяет получать. толстые слои (1-5 мм ) соединения АаВ в течение 7-8 ч, а также необходимость использования пятикратного избытка гидрида элемента группы YI, большая часть которого не участвует в формировании слоев соединения AIIB . Кроме того, осаждаемые слои загрязняются примесями, со30 держащимися в газе-носителе.

1001234

Цель изобретения — увеличение скорости осаждения поликристаллических слоев и повышение коэффициента использования исходных веществ, а также повышение скорости осаждения поликристаллических слоев селенида цин — 5 ка.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу осаждения слоев полупроводниковых соединений типа A В из газовой фазы, включаю- 10 щему нагрев подложки в реакторе с последующим взаимодействием на ее поверхности исходных веществ при пониженном давлении, слои осаждают при давлении 0,4-1,5 мм рт.ст. с 15 введением в реактор дополнительной . поверхности, которую нагревают на

30-170 С выше температуры подложки.

При осаждении слоев селенида цин— ка подложку нагревают до 250-350оС, а дополнительную поверхность нагревают на 1 00-1 70 С выше температуры подложки.

Вводимую в реактор дополнительную поверхность располагают вблизи подложки, что увеличивает степень разложения гидрида В-Н . При этом с нее

l испаряется образующййся халькоген в виде молекул В (где п = 2, 4, 6, 8 ).

Гидрид имеет нйзкий коэффициент при— липания, а молекулы В > — значительно больший, поэтому разложение гидрида В- Н2 на дополнительной поверх—

° Vl ности способствует более полному его использованию в процессе осаждения. Кроме того, дополнительная по- 35 верхность отражает молекулы металло— органического соединения А-R2 и гидЙ рида в зону осаждения, что также пав вышает коэффициент использования исходных веществ. 40

Таким образом, дополнительная поверхность повышает коэффициент использов ания гидрида благодаря пере— носу с нее халькогена В>, на подложку и тем самым способствует уве—

3 личению скорости осаждения поликрис— талл ич еских слоев . Диапазон превышения температуры дополнительной поверхности над температурой подложки получен экспериментально и состав— ляет 30-170 С.

Дополнительная поверхность имеет различную форму в зависимости от особенностей получаемых слоев: цилиндрическую — для получения слоев на подложках диаметром 15-20 мм, 55 толщиной 1-2 мм и коническую — для получения слоев на подложках диамет— ром 40 мм, толщиной 10-40 мм.

Материалом дополнительной поверхности может служить полированный 60 кварц или сапфир.

При нагревании подложки выше 550 С стенки реактора перегреваются, при этом слои соединения А- Б- загрязняютP 9

"я материалом аппаратуры и углеродом из металлоорганического соединения

А- R .

П

Если слои осаждают при 550 С, то температура дополнительной поверхности составляет 720оС, при этом в используемом интервале давлений 0,41,5 мм рт. ст. начинается испарение слоев охлаждаемого осаждаемого соединения АA"- В -"

Для получения поликристаллических слоев селенида цинка подложку нагревают до 250-350 С, а дополнительную поверхность нагревают на 100-170 С выше температуры подложки. При темпера..туре подложки ниже 250 С скорость осаждения слоев существенно снижается.

Повышение скорости осаждения и увеличение чистоты осаждаемых слоев достигаются понижением рабочего дав— ления до 0,4-1,5 мм рт.ст. Понижение давления в зоне осаждения позволяет также дозировать соединение А- R2 непосредственно в реактор без использования газа-носителя, тем самым устраняются загрязняющие примеси, содержащихся в нем. Кроме того, исключение газа-носителя приводит к разрежению адсорбционного слоя на поверхности подложки и способствует лучшему поступлению в него реагентов, а снижение давления увели— чивает массоперенос в растущйй слой, что обеспечивает увеличение скорости роста. Помимо этого, снижение давления позволяет инте нс иф ициров ать десорбцию и отвод из эоны осаждения продуктов реакции, что также способствует увеличению скорости осаждения.

Выбор рабочего давления определяется летучестью элементов А и В и свойствами осаждаемого слоя.

Пример 1 . Подложку из сапфира размещают на пьедестале, который вводят в реактор. Вокруг подложки и пьедестала размещают дополнительную поверхность цилиндрической формы ди— аметром 28 мм, которая одновременно является нагревателем реактора. Реактор откачивают до давления 1 Па и включают нагреватель. Дополнительную поверхность и пьедестал нагревают до 370оС, затем пьедестал охлаждают о до 250 C. Точность поддержания температуры составляет + 5 С. Подают сео леноводород, а затем пары диэтилцинка и начинают осаждение при давлении в реакторе 0,4 мм рт.ст. Отношение концентраций диэтилцинка к селеноводороду 1:3. По истечении времени осаждения слоя селенида цинка подачу диэтилцинка в реактор прекращают, а через 5 мин после этого прекращают подачу селеноводорода и выключают нагреватель. После охлаждения в реактор подают инертный газ и извлекают подложку. На подложке получают слой селенида цинка. Скорость осаждения

1001234

8 мкм/мин . Коэффициент исполь зов ания диэтилцинка 0,34.

Пример 2 . Процесс проводят аналогично описанному в примере 1.

Исходные вещества — диэтилцинк и селеноводород в отношении 1:3. Подложка — сапфир. Дополнительная поверхно Tb — цилиндрическая. Температура подложки 250 С, температура дополнительной поверхности 370 С.

Давление в реакторе 1,5 мм рт. ст. 10

Осаждают слои селенида цинка. Скорость осаждения 16 мкм/мин. Коэффициент использования диэтилцинка 0,46.

Пример 3 . Процесс проводят аналогично описанному в примере 1. >5

Дополнительная поверхность — коническая. Исходные вещества — диэтилцинк и селеноводород в отношении

1:3. Подложка — сапфир. Температура подложки 250 С, температура дополни— о тельной поверхности 350 С. Давление в реакторе 1,5 мм рт. ст. Осаждают слои селенида цинка. Скорость осаждения 14 мкм/мин. Коэффициент использования диэтилцинка 0,42. 25

Пример 4 . Процесс проводят аналогично описанному в примере 1.

Исходные вещества — диэтилцинк и селеноводород в отношении 1:3. Под- ложка — сапфир. Дополнительная по- 30 верхность — цилиндрическая. Температура подложки 350 С, температура дополнительной поверхности 520 С.

Давление в реакторе 0,4 мм рт.ст.

Осаждают слои селенида цинка. Ско- 35 рость осаждения 13 мкм/мин. Коэффициент использования диэтилцинка 0,43.

Пример 5 . Процесс проводят аналогично описанному в примере 1.

Исходные соединения — диэтилцинк и 40 теллуроводород в отношении 1:3. Температура подложки 550 C . Дополнительная поверхность — цилиндрическая.

Температура дополнительной поверхности 7200С. Подложка — арсенид галлия.

Давление в реакторе О, 4 мм рт . ст.

Осаждают слои теллурида цинка. Скорость осаждения 16 мкм/мин. Коэффициент использования диэтилцинка 0,02.

Пример 6 . Процесс проводят аналогично описанному в примере 1.

Исходные соединения — диэтилцинк и сероводород в отношении 1:3. Тем- . пература подложки 360вC Дополни— тельная поверхность — цилиндрическая.

Температура дополнительной поверх- S5 ности 3900С. Подложка — арсенид гал— лия. Давление в реакторе 0,4 мм рт.ст, Осаждают слои сульфида цинка. Скорость осаждения 7 мкм/мин. Коэффициент использования дйэтилцинка 0,25.Я)

Пример 7 . Процесс проводят аналогично описанному в примере 1.

Исходные соединения — диэтилкадмий и селеноводород в отношении 1:3. Температура подложки 320 С. Дополнитель-65 о ная поверхность — цилиндрическая. Температура дополнительной поверхности

380 С. Давление в реакторе 2 мм рт.ст.

Осаждают слои селенида кадмия. Скорость осаждения 16 мкм/мин. Коэффициент использования диэтилкадмия 0,30 .

Пример 8 . Процесс проводят аналогично описанному s примере 1.

Исходные соединения — диэтилцинк и селеноводород в отношении 1:3. Дополнительная поверхность — цилиндрическая. Температура подложки 270 С, температура дополнительной поверхности

300 С. Подложка — кварц. Давление в реакторе 0 4 мм рт. ст. Осаждают слои селенида цинка. Скорость осаждения

22 мкм/мин. Коэффициент использования диэтилцинка 0,43.

Пример 9 . Процесс проводят аналогично описанному в примере 1.

Исходные соединения — диэтилцинк и селеноводород в отношении 1:3. Дополнительная поверхность — цилиндри— ческая. Температура подложки 330 С, температура дополнительной поверхно .ти 436оС. Подложка — кварц. Давление в реакторе 1,4 мм рт. ст..Осаждают слой селенида цинка. Скорость осаждения 19 мкм/мин. Коэффициент использования диэтилцинка 0,49.

Предлагаемый способ- по срав не нию с известными позволяет повысить скорость осаждения поликристаллических слоев до 7-22 мкм/мин и способствует экономии исходных веществ при повышении коэффициента использования соединения А Иg до 0,25-0,62, а также получению поликристаляических слоев с низким коэффициентом поглощения излучения с длиной волны приблизительно 1 0,6 мкм для использования в фотоэлектронных приборах.

Формула изобретения

1 . Способ осаждения слоев полупроводниковых соединений типа Р, - В"- из ч г азов ой фазы, в ключ ающи и нагрев подложки в реакторе с последующим взаимодействием на ее поверхности исходных веществ при пониженном давлении, отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости осаждения поликристаллических слоев и повышения коэффициента использования исходных веществ, слои осаждают при давлении 0,4-1,5 мм рт.ст. с введением в реактор дополнительной поверхности, которую нагревают на

30-1 70 С выше температуры подложки.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью по— вышения скорости осаждения иоликристаллических слоев селенида цинка, подложку нагревают до 250-350 С, а дополнительную поверхность нагре1001234

С ос тав ит ель В. Г ришин

Редактор А. Огар Техред О. Неце Корректор A. Ференц

Заказ 1411/63 Тираж 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород,ул.Проектная, 4 вавт на 100-170 С выше температуры подложки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Nanasevlt Н, Simpson W. The

use af metat-organiñs in the prepa

ration of semiconductor materia Üâ.

ii. Д - Q Compounds. - "J.Electro-. сЬев. Soc . v. 118, 1971, 94 р.644-:.

647 °

2. Stut lns W. Organometa Itic vapor deposition of epitaxiat Zn Se

5 f i tms on @aAs substrates, - "Appt.

Phus Lett>, 38, 1978,"9 7, 1 ос р. 656-658 (прототип).