Способ эпитаксиального выращивания

Способ эпитаксиального выращивания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советсыик

С©QNBtlNCtNVOCRNX

Республик

<н бО535У

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 100375 (2I) 2111463/23-26 с присоединением заявки № 2111462/26 (23) Приоритет— (43) Опубликовано251178. Бюллетень № 43 (45) Дата опубликования описания 26,11,78 (5I) М. Кл.

В 01 3 17/06

В Ol 3 17/32

Государственный комитет

Совета Министров СССР о делам изобретений и открытий (53) УДК621.315.592.

{088.8) (72) Авторы изобретения

В.Н.Маслов, A.Н.Лупачева, О.Е.Коробов, В.В.Мясоедов и Э.С.Кудеярова

Государственный ордена Октябрьской Революции научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЭПИТАКСИАЛЬНОГО ВЫРЩИВАНИЯ

Изобретение относится к области технологии полупроводниковых материалов, применяемых для изготовления различных приборов электронной техники и лазерной оптики. 5

Известен способ эпитаксиального наращивания слоев полупроводниковых материалов при помощи. химической реакции с переносом вещества на поверхность менее нагретой подложки от более нагретого твердого источника исходного вещества, изготовленного из кристаллического порошка (шихты) или пластины, и поверхность которого расположена параллельно подложке на близ ком расстоянии (от сотен микрон до

2 мм) от нее. Таким способом можно получить эпитаксиальные слои с составом, воспроизводящим состав исходного вещества в твердом источнике.

Однако использование всех признаков этого способа не. позволяет выращивать монокристаллы с градиентом состава в плоскости роста слоез* 25 (вдоль поверхности).

Известен способ эпитаксиального наращивания полупроводниковых структур, осуществляемый с помощью устройства, заключающийся в том, что в про- 30 цессе наращивания эпитаксиального слоя производят смену источников путем вращения многосекционного источника, причем зазор между источником и подложкой заполнен жидким растворителем (расплаваСд,бq Bi,7b) и создан температурный градиент между источником н подложкой.

Известен аналогичный способ получения многослойных структур, использующий жидкие сменные источники, который однако также не обеспечивает создания эпитаксиальных слоев с изменением состава вдоль поверхности,так как одна подложка не может быть подведена одновременно к двум и более источникам различного состава.

Наиболее близким к изобретению является способ эпитаксиального выращивания полупроводниковых элементов из газовой 4азы гри переносе вещества на подложку с помощью химической транспортной реакции от твердого источника, выполненного нз кристалли.ческой шихты, содержащей отдельные участки по поверхности в виде табле ток вещества, отличающихся от основйого вещества источника степенью

7егирования или составом, на парал605357 лельную источнику поверхность подложки, расположенной на близком расстоя— нии от него, в условиях температурного градиента.

Однако по указанному способу также нельзя вырастить эпитаксиальные слои полупроводниковых твердых растворов с градиентом состава вдоль поверхности, так как использование твердого источника иэ исходных веществ с отдельными локальными включе10 ниями иного состава либо степени легирования не обеспечивает получения эпитаксиальных слоев с воспроизводиMhlM законом изменения состава по одному иэ направлений вдоль поверх15 ности при сохранении этого же закона

»»Змее»е»»ия состава в любой плоскости слон, параллельной укаэанному градиенту состава.

Цель изобретения — получение слоев полупроводниковых твердых растворов с градиентом состава в плоскости роста.

Ддя этого при эпитаксиальном выращивании слоев твердых растворов полупроводниковых соединений путем переноса и<.ходного материала иэ составного источника на подложку при их параллельном расположении с зазором в поле температурного градиента, перпендикулярного подложке и источнику, источ- 30 ник оставляют . иэ параллельно расположенных полос исходного материала, имеющих дискретные составы, в порядке изменения последних соответственно требуемому градиенту состава в плос- 35 кости роста.

D качестве исходного материала источе»и!<а берут бинарные соединения, образующие твердый раствор, в виде е»оро»ш<ообра зной смеси pBэличных сос 40 та»» Ов, В качестве исходного материала источника берут также кристаллические пластины предварительно выращенного твердого раствора различных составов.

Перенос исходного материала с источника на подложку ведут с использованием транспортирующего газа, например увлажненного водорода или хлористого водорода в смеси с водородом.

Псренос исходного материала с источника на подложку ведут также с использованием расплава, например, галлия.

Пример 1. Для осуществления способа используют химический перенос 5 вещества через газовую фазу от источника переменного состава, который компонуют в кассете из шихты (механической смеси порошковС<18 и Cd6e ) крупностью зерен 0,01 — 0,015 мм из 60 следующих составов 0d & 00», (520qq

Сдо 0,04 1 68,,9ь Сдб, . -»ЕО,9э и т.д. до состава Cd&0,9> Geî.„.

На фиг.1 схематически показано расположение источника в кассете и отно- 65 сительно подложки, на которую ведут эпитаксиальное выращивание; на фиг.2график изменения состава эо»» в кассете с загруженным источником вдоль одного направления его рабочей поверхности.

Источник 1 располагают в кассете 2„ которая установлена в блоке 3. Подложка 4 для выращивания слоя расположена в блоке 5. Оба блока располагают в реакторе параллельно друг другу с зазором. В процессе осаждения слоя с источника на подложку перенос осуществляют транспортирующим газом, например водородом, подаваемым в зазор.

Источник компонуют в углублениях кассеты 2, которые имеют глубину 3 мм, 20 полосовых эон шириной 1,5 мм и общую протяженность 10 мм.

Общая рабочая поверхнрсть источника составляет 10 х 30 »м".

Зоны располагают в источнике последовательно в порядке возр-стания содержания Cd 6 от С3600158099 zoCj6pp9seg4g.

Наращивание производят на мойокре»сталлическую подложку 2 q»e толщиной

0,4 мм с площадью поверхности 12х х32 мм. Процесс осуществляют в токе водорода, очищенного диффузией через палладиевую мембрану, в течение 10 ч.

Температурный режим у источника

7300С, у подложки — 650 С. Зазор между источником и подложкой 600

650 мкм. H результате выращивают эпитаксиальный слой твердого раствора, который имеет монокристаллическую стРуктуРу вдоль поверхности которой величина градиента соcòàíà

1,6 мол.Ъ мм (по содержаниюСдб ).

П р « м е р 2. Для осуществления укаэанного способа используют источник переменного сос-..ава в одном иэ направлений вдоль его поверхност% йараллельном условно выбранному краю. Источник скомпонован в кассете иэ поликристаллических пластин прямоугольной формы,, вырезанных иэ слитков твердых растворов oò»»д AS oC»0» 1 „A0 Аб,, где Х = 0;

0,03» 0,06» 0,09» 0,12; 0,15 0,18, Размер пластин 20х20х2 мм. Грань пластины 20х2 мм используется в качестве рабочей поверхности соответствующей зоны источника.

Собранный источник в кассете помещают в гнездо нижнего блока (блока источника). При опускании верхнего блока с подложкой, поверхность которой параллельна рабочей поверхности собранного источника, зазор между источником и подложкой (200-300 мкм) заполняют жидким галлием. Во избежание подтравливания подложки растворитель Q a насыщают 0»О AS в количестве, соответствующем объему галлия в реакционном пространстве.

Процесс проводят при температуре источника 900-950 С и перепаде темпе0

605357 ратур между источником и подложкой а

50-60 C. Продолжительность наращивания 2 ч. В результате выращивают эпитаксиальные слои твердого раствора Ча „18 < МВ с изменением состава вдоль поверхности. Толщина выращенных эпитаксиальных слоев составляет 5

16-30 мкм, градиент состава вдоль поверхности — l мол.Ъlмм по содержанию 41 4в в твердом растворе.

Предлагаемым способом могут быть выращены из газовой или жидкой фазы lO эпитаксиальные слои полупроводниковых твердых растворов с градиентом состава по поверхности, характеризующиеся изменением всех физических (электрофизических, оптических, меха в !5 нических, магнитных и пр.) свойств практически в любом требуемом диапазоне, по одному направлению вдоль поверхности слоя. Способ позволяет осуществить выращивание слоев твердых 29 растворов с любым характером изменения состава вдоль поверхности — линейным, нелинейным — экспоненциональным, параболическим и пр., т.е. с постоянным или переменным градиентом. 25

Описываемый способ прост в аппаратурном оформлении, так как не требует дополнительных устройств для перемещения источника, регулирования газовых потоков и пр.

Способ экономичен, так как позволяет многократно использовать один раз скомпонованный источник (при достаточной его толщине от 1-2 мм до

1 см, в зависимости от вида используемого материала — шихта или кристаллические пластины), обеспечивая при этом полную воспроиэводимость результатов.

Способ универсален по применимости к различным полупроводниковым соединениям или системам, образующим непрерывные ряды твердых растворов (напри= мер gе -6,5o 1э — Cc>Р,cd 8 — Cd Э е и т.д. ) .

Формула изобретения

1. Способ эпитаксиального выращивания слоев твердых растворов полупроводниковых соединений путем переноса исходного материала из составного источника на подложку при их параллельном расположении с зазором в поле температурного градиента, перпендикулярного подложке и источнику, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью получения слоев твердого раствора с градиентом состава в плоскости роста, источник составляют из параллельно расположенных полос исходного материала, имеющих дискретные составы, в порядке изменения последних соответственно требуемому градиенту состава в плоскости роста.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что, в качестве исходного материала источника берут бинар" ные соединения, образующие твердый раствор, в виде порошкообразной смеси различных составов.

3. Способ по п.1, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, в качестве исходного материала источника берут кристаллические пластины предварительно выращенного твердого раствора различных составов.

4. Способ по пп.1-3, о т л и ч а юшийся тем, что перенос исходного материала с источника на подложку ведут с использованием транспортирующего газа, например водорода или хлористого водорода.

5. Способ по пп.1-3, о т л и ч а ншийся тем, что перенос нсходног материала с источника на подложку ведут с использованием расплава, например, галлия.

605357

Составитель А.Лупачева

Техред М.Борисова КорректорЕ.Дичинская

Редактор Т.Колодцева

Заказ 6792/59 Тираж 922 Подписное цНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул. Проектная, 4