Способ получения слоев тройного полупроводникового соединения

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЕВ ТРОЙНОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ , включающий внедрение ионов в подложку из бинарного соединения, отличающийся тем, что, с целью получения высокоомного слоя соединения с уменьшенным сод ержанием примесей, в плоскость 1120 низкоомного сульфида кадмия, находящегося при температуре 288308 К, внедряют ионы Ga с энергией 150-250 кэВ дозой .10см, после чего производят отжиг в потоке аргона при 693-753 К в течение

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1123467 (51) 4 Н 01 ? 21 265

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3544623/18-25 (22) 31.01.83 (46) 23.10.85. Бюл. К- 39 (71) Ордена Ленина физический институт им. П.Н.Лебедева (72) А.Н. Георгобиани, А.Н. Грузин. цев, В.С. Дону, А.В. Спицын и И.M. Тигиняну (53) 621.382.002(088.8) (56) Донина Ф.Г. и др. Полупровод-: никовые системы ZnS-In $ . Кишинев, "Штиница", 1980, с. 15..

Белый И.М. и др. Синтез соединений А1„Са„,, As u Ga Аа «„P.х при внедрении ионов А1+ и P в Ga As

1Е

Физика и техника полупроводников", 1975, т.9, Ф 10, с. 2027-2029. (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЕВ

ТРОЙНОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ, включающий внедрение ионов в подложку из бинарного соединения, отличающийся тем, что, с целью получения высокоомного слоя соединения CdGa S с уменьшенным содержанием примесей, в плоскость

1120 низкоомного сульфида кадмия, находящегося при температуре 288308 К, внедряют ионы Ga с энергией 150-250 кэВ дозой 10 " .10 см после чего производят отжиг в потоке аргона при 693-753 К в течение (6-18) -10 с.

1123467

Изобретение относится к технологии изготовления материалов для электронной техники, в частности к технологии создания поликристаллического слоя полупроводникового

S соединения .на низкоомной подложке и изготовления р-fi-переходов.

Изобретение может быть использовано для оптоэлектронных устройств и фотоприемников излучения.

Известен способ получения слоев тройных соединений методом газотранспортных реакций с использованием йода в качестве транспортера (1 ).

Недостатком этого способа является большое содержание примеси йода (N = 10 " см ) в полученном

У тройном соединении.

Наиболее близким к изобретению является способ. получения слоев тройного полупроводникового соединения, включающий внедрение ионов в подложку из бинарного соединения Г23.

Этот способ заключается во внедрении ионов с энергией 30 кэВ при суммарной дозе 3,5-5 -10 " см""на разогретую до 773 К подложку бинарного полупроводника.

Однако существующий способ требует имплантации онов на горячую под-З0 ложку, что неизбежно ведет к внедрению в слой образующегося тройного соединения веществ, содержащихся в объеме камеры ускорителя в качестве примесных дефектов. Решить во- 55 прос получения слоев тройных полупроводниковых соединений на бинарной подложке путем внедрения ионов на холодную (Т = 793 К) подложку в указанной выше работе не удалось. 40

Это обусловлено тем, что при прогреве подложки при 723 К в вакууме в течение 1800 с после имплантации ионов, необходимом для уменьшения числа радиационных дефектов кристал- 45 лической структуры, образующихся при имплатации, происходило улетучивание внедряемых в кристаллы GaAs на глубину 5 нм ионов А1 и P c энергией 30 кэВ, а образование 50 слоя нового тройного соединения не происходило.

Цель изобретения — получение высокоомного слоя тройного полупроводникового соединения СЙСа Б g с 55 уменьшенным содержанием примесей.

Поставленная цель достигается тем, что по способу получения слоев тройного полупроводникового соединения, включающему внедрение ионов в подложку иэ бинарного соединения, в плоскость 1120 низкоомного сульфида кадмия, находящегося при температуре

288-308 К, внедряют ионы Ga c энергией 150-250 кэВ дозой 10 — 10 см после чего производят отжиг в потоке аргона. при 693-753 К в течение (6-18) 10 с.

Сущность изобретения заключает- ся в том, что низкая температура подложки при имплантации предотвращает диффузию, неконтролируемых примесей из объема камеры ускорителя в кристалл и сохраняет близкий к стехиометричному состав подложки CdS из-за малого при данной температуре улетучивания кадмия и серы иэ кристаллической решетки.

Другое отличие состоит в том, что имплантированные галлием до суммарной дозы от 10 до 10 см подложки CdS подвергаются в течение (6-18) - 102 с отжигу при 693-753 К в потоке аргона, скорость которого у поверхности образ: цов может варьироваться от 0,2 до

2 м/с, а давление равно одной атмосфере. Отжиг при данных. температурах необходим.для уменьшения числа радиационных дефектов, образующихся при имплантации, и для улучшения кристаллической структуры слоя образующегося тройного соединения CdGa,S 4, При

Т (693 К процесс "залечивания" радиационных дефектов идет крайне медленно, и .и этому требуется время отжига t ? 1800 с, Если проводить отжиг менее 600. с, то решетка нового соеинения не успевает упорядочиться. ,.ля высоких температур отжига Т 7 753 из подложки CdS начинается улетучивание кадмия и серы, а внедренный галлий диффундирует по всему объему подложки, так что в поверхностном слое его становится недостаточно для образования CdGa S .

При дозах внедрения, меньших 10 " см в любой точке подложки CdS галлия недостаточно для образования нового тройного соединения, а при дозах, больших 10 см 2, на поверхности подложки образуется слой галлия, ухудшающий оптичеСкое свойства системы CdGa Б - CdS.

Использование при отжиге потока аргона исключает возможность проникновения в образующий слой

1123467

250

1200

723

Нет

723

150

1200

Да

1200

106

Да

150

723

1200

773

Нет

150

1200

773

Нет

10 "

1200

623

150:

Нет

753

600

250

Да

250

1017

300

723

Нет.

1800

250

753

CdGa

После отжига на поверхности подложки образуется высокоомный слой

CdGa S (удельное сопротивление 5 р106- 10 " Ом-.см) с малым содержанием примесей N <10 си, о чем свидетельствуют спектры ФЛ слоев.

В спектрах ФЛ фотолюминесценции слоев тройного полупроводникового соединения СЙСа Я проявляются лишь уровни, связанные с отклонением состава от стехиометричного, а не с примесными дефектами.

Предлагаемое техническое ре- 15 шение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В могокристаллы

CdS (у = 10 Ом-см) в плоскость 1120 при 293 К внедряют ионы галлия, 20 обладающие энергией 250,кэВ с суммарной дозой на единицу поверхности

5. ° 10 см . Производится отжиг проим16 -2 . плантированной подложки в потоке аргона при 723 К в течение 1200 с. 25

При этом на поверхности подложки образуется слой CdGa>S (a 10 Ом см) толщиной 50 нм.

Пример 2 . В плоскость 1120 низкоомного Сй$ (у - 102 Ом см). при

288 К внедряют ионы Са с энергией

250 кэВ и дозой 10: см . Затем производится отжиг образцов в потоке аргона при 753 К в течение 1800 с.

Высокоемный слой CdGa

Пример 3. На плоскость

1120 низкоомного CdS (y..10 Ом.см) при 308 К внедряют ионы Gab с энергией 150 кэВ и дозой 10 см . Затем проводят отжиг образцов в потоке аргона при 693 К в течение 600 с.

Высокоомный слой. CdGa>$ (p10 Ом.см)

6 на подложке CdS имеет толщину 30 нм.

Пример 4. На плоскость 1120 низкоомного CdS (-10 Ом км) внедряют ионы Са+, разогнанные на ускорителе до энергии 150 КэВ при доЯ -2 зе 5 -10 см . После отжига в потоке аргона при 723 К в течение 900 с на подложке CdS образуется высокоомный слой CdGa>S< (р10 Ом-см) толВ щиной 30 нм.

Дополнительные примеры реализации предложенного способа представлены в таблице.

I! 23467

Продолжение таблицы

753

250

Ухудшается качество подложки

10"

693

1200

250

623

1200

Нет

250

250

823

1200

Нет

753

1200

400

Нет

Составитель Ю. Кондратьев

Редактор Л. Утехина Техред С.Мигуноваi Корректор А. Зимокосов

Заказ 7025/2 Тираж 678 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Примеры реализации способа полу. чения слоя тройного полупроводникового соединения CdGa S< путем внедрения ионов Ga в подложку бинарного соединения CdS при различных условиях обработки (наличие слоя соединения CdGa>S< определялось по спектром фотолюмийесценции поверхности обработанных по указанному способу подложек CdS. Т„ = 80 К).

Подл .

Использование предложенного споч соба позволит получить высокоомные

"лои нового тройного полупроводникового соединения на низкоомной полупроводниковой подложке, что очень важно при изготовлении активных элементов, используемых в оптоэлектронике. Предложенный способ обеспечивает следующие технико-.экономические преимущества по сравнению со способом получения слоев тройного соединения CdGa>S < методом газотранспортных. реакций: а) возможность получения поликристаллического слоя с малым содержанием примесей (N (10" cM ), в то время как количество примесей в слоях, полученных IIO известномуспособу, составляет 10 см б) надежное сохранение совершенства кристаллической структуры подложки благодаря использованию низких температур в предлагаемом способе (Т = 753 К), в отличие от

1473 К в известном объекте в) возможность регулирования толщины слоя нового соединения от

30 нм до 50 нм и наличие резкой

35 границы между слоем CdGa>S+ и под.ложкой CdS что значительно повышает качество активных элементов оптоэлектроники, изготовленных согласно предлагаемому способу.