Способ гетероэпитаксиального наращивания слоев твердого раствора на основе арсенида индия-алюминия

 

Изобретение служит для изготовления оптоэлектронных приборов на основе эпитаксиальных структур4соединений типа АзВ5, полученных жидкофазной эпитаксией. Сущность: при изготовлении эпитаксиальных слоев арсенида-антимонида индияалюминия а люминий вводят в состав ростового раствора-расплава в виде гомогенного сплава с сурьмой. Источником мышьяка служит арсенид индия. Приготовленный раствор - расплав содержит все компоненты четверного соединения, в количестве , соответствующем точк е ликвидуса. Наращивание осуществляют из пересыщенного раствора-расплава на арсенидо-индиевой подложке. Разработанная методика приготовления раствора-расплава обеспечивает высокую однородность слоев по составу и воспроизводимость их характеристик . 1 табл.

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОПИАЛ ИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,, Ы2„„1785048 А1 (5))5 Н 01 (21/208

ГОСУДАРСТВЕН)ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

)ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

НИЯ РЯ,СФС

97ЕНТН9 тВ(ни

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 2

1. (21) 4849742/25 таксиальных структур соединений типа (22) 19.07.90 . - .. АзВ5, полученных жидкофазной эпитаксией. (46) 30.12.92. Бюл..М 48 " Сущность: при изготовлении эпитаксиаль(71) Физико-технический институт им. ных слоев арсенида-антимонида индия А.Ф.Иоффе . - . алюминия алюминий вводят в состав (72) А.M.Ëèòâàê, К.Д.Моисеев, Н,А.Чарыков ростового рвствора-расйлава в виде гомои Ю.П.Яковлев генного сплава с.сурьмой. Источником (56) V,Dewinter, М.Pollack, А.Srivastava, мышьяка служит арсенид индия. ПриготовV.ZyskInd, — Ч.Electron. Mater., 1985, vol. 14, ленный раствор — расплав содержит все. N- 6, р. 729. - ., компоненты четверного соединения, в колиК.Nakajima, К.Akita. — V.Electrochem. честве, соогветствувщем точке ликвидуса.

Soc., 1983, vol..130, N. 9. р. 1927,, Наращивание осуществляютиэ пересыщен(54) СПОСОБ ГЕТЕРОЭПИТАКСИАЛЬНОГО. ного раствора-расплава на арсенидо-индиНАРАЩИВАНИЯ СЛОЕВ ТВЕРДОГО PAC- - евой подложке. Разработанная методика

ТВОРА НА ОСНОВЕ АРСЕНИДА ИНДИЯ- приготовления раствора-расплава обесАЛЮМИНИЯ:, . печивает высокую однородность слоев. (57) Изобретение служит для изготовления по составу и воспроизводимость их харакоптоэлектронных приборов на основе эпи- теристик. 1 табл.

Изобретение относится к области полупроводниковой технологии и может быть использовано для изготовления структур на основе твердых растворов соединений

)и)-xAIxAs)-ySby.

В последние годы появилась необходимость в таких структурах, т.к. они важны для, созданий датчиков для волоконно-оптических линий связи, имеющих минимум дисперсионных потерь для длины волйы 2.55 "= 0,05. мкм при комнатной температуре, .Известен способ гетероэпитаксиального выращивания слоев полупроводников

А В, например In-Ga-As-Sb, за счет контак3 5 . та переохлажденного расплава с подложкой.

Достоинство этого способа заключается в том, что он позволяет получать воспроизводимые, хорошо согласованные с подложкой слои почти во всех системах твердых растворов на основе А В5, Недостатком его является то, что он не позволяет получать такие слои для систем твердых растворов, содержащих одновременно In u Al.

Это связано с тем, что происходит расслаивание в жидкой фазе, в результате чего расплав обедняется по компоненту Al, и в контакт с подложкой вступает ненасыщен ный расплав тройной системы In As-Sb. Iloэтому таким способом получить слои твердого раствора In-Al-As-Sb не удается.

Еще одним недостатком этого способа определяется невозможность добавления Al в. приготовленную шихту в чистом аиде иэ- эа термической устойчивости поверхностной пленки А)гОз.

Наиболее близкйм техническим решением является способ гетероэпитаксиаль1785048 ного выфащййания "слбев" полупроводников, например InpygAlp4sAs на подложке InP, принятый за прототип. В этом способе предварительно приготавливается сплав

In + Al, а затем его часть сплавляют с In u

АпАз в соотношениях. определенных расчетом, и, охлаждая с постоянной скоростью, приводят в контакт с подложкой lnP.

Этот способ позволяет избавиться от йедостатков присущих аналогу и получить воСпроизводимость гетероэпЙтэксиальных слоев. Недостатками этого способа являются", во-первых, неоднородйость расйлава

Ь + Al (при содержаниях А! > 1 моль j(,) даже при длительном сплавлении (t > 5 ч), во-вторых невозможность получить эвтектический сплав системы In-А! (в углу AI) из-за большого коэффициента сегрегацйи rioследнего, и в-третьих; количество А! в жидкой фазе,- а используемых в прототипе 20 расплавах (Al > 0,2 моль.o/) очень мало, т.к. " - лймйтйруется спинодальным,:. распадом в бинарной сйстеме In-Al (фиг,1), что не позво ляет получать структуры с большим содержанием Al в твердой фазе и, следовательно, 25 решить задачу по созданию полупроводниковых приборов, работающих в диапазоне длин волн 2,5-2,6 мкм при комнатйой температура. - ",; -.;,- ...

Задачей изобретения является получение гетероэпитэксиальныхслоевтвердого расплава Int,À4Asi фЬ„состава 0 < Х 0,12;, 0 < Y « 0,13.

Это достигается тем,что, в известном 35 способе гетероэпитаксиального, наращива— ния слоев твердого раствора на основе арсенида индия-алюминия, - включающем

-предварительное сплавление AI с одним иэ компонентов твердого раствора, образую- 40 щим с ним гомогенный pacriiiae., гомогени. зирующйй отжиг полученйого расплава при, температуре выше температуры его ликвидуса, добавление к отожженному расплаву остальных компонентов твердого раствора 45 согласно расчету состава раствора-распла.. ва"для наращивания, исхОдя йз заранее вы- . . бранной температуры его ликвйдуса; отжйг полученного раствора-расплава, создайие. . пересыщения и приведение пересыщенно- -0 го растворй- расплава в контакт с подложкой и пбследующее получение гетероэпитаксиальных слоев, предварительйо сплавляют AI с Sb в соотношении А1 (3,0-3.5 моль,ф,). Sb (97,0-96,5 моль.g), гомогениэирующий от- 55 жйг этого расплава проводят при температуре 900 С Т 9 1000ОС в течение не менее

4 ч, охлаждают со скоростью не более 4 град/мин, добавляют в расплав Sb согласно расчету, насыщают его мышьяком из lnAs, а в качестве подложки используют lnAs, Докажем существенность признаков.

Известно, что Al u In в жидкой фазе расслаиваются, образуя двухфазную систему, и ввести AI в расплав в чистом виде не удается. А! можно ввести в систему только из смеси с одним из компонентов твердого раствора. Впервые авторами было предложено вводить Al в жидкую фазу в виде сплава с Sb (фиг.2), Такой сплав, богатый Sb, легко смешивается g In в любых соотношениях, образуя гомогенный расплав, Кроме того, наличие в шихте Al u Sb в соотношении Al (3,0-3,5 моль.%), Sb (97,096,5 Monb%} позволяет получать воспроизводимый, однородный по составу сплав.

Однородность сплава определяется тем, что приведенный состав отвечает эвтектике между Sb u AISb йв диаграмме плавкости бийарной системы AI-Sb, Использование эвтектики позволяет перейти от гомогенного расплава к безградиентной твердой фазе и, таким образом, получить, далее, беэградиентный четырехкомпонентный расплав ойределенного состава. Отсутствие Однородности именно в твердой фазе не позволяло ранее получать гетероэпитэксиальные слои твердого раствора In-AI-As-Sb, Только используя эвтектический сплав А1 + Sb, авторам впервые в мире удалось получить их, Нагреф и интервале 900 С < Т «» 10OOOC позволяет получить полнестью гомогенный расплав. При Т < 900 С затруднено равноМерное перемешивание компонентов в жидкой фазе йз-за диффузионных ограничений, Повышение температуры увеличивает скорость перемешивэния, но при Т > 1000 С резко возрастает давление пара Sb над расплавом, что ведет к удалению состава от эвтектического, Именно выбрайный диапазон температур является оптймальным.

Гомогенизация проводится в течение не менее 4 ч, пОскольку, как установлено из эксперимента, это минимальное время, за которое и ройсходит - йолйое перемешивание компонейтов бйнарного расплава в выбранном"дйайазоне температур.

Скорость охлаждения:расплава не более 4 град/мин позволяет избежать стеклообраэования в расплаве.

Насыщение мышьяком из InAs (напри-. мер, йз промежуточной подложки) необходимо для образования гомогенного четырехкомпонентного расплава In-Al-AsSb, поскольку только такой способ формирования расплава обеспечивает его однородность, препятствует образованию поверхностной пленки (крайне малорастворимого соединения — AIAs).

5 . 17 .Синтез слоев твердого раствора Inly

AI,As> „. Ь„возможен на разных подложках, например !пР, GaSb; GaAs и др., но только применение в качестве подложки lnAs, как установлено авторами (фиг.3), дает возможность впервые. nîëó÷éòü слои состава: 0 < X «0,12, О < Y «0,13.

Таким образом, каждый призйак необходим, а все вместе они достаточны для достижения цели изобретения.

На фиг, 1 — диаграмма плавкости системы In-AI, где: 1 — эвтектика для Al-угла (In—

4,7 aT. ), 2 — точка перегиба кривой ликвидуса для 1й-угла ((и — 89,0 ат.%) 3 —. область . расслаивания в жидкой фазе; на фиг. 2— диаграмма плавкости системы Sb-А1, где 4эвтектика для Al-угла (Sb — 0,25 ат. ), 5— эвтектика для Sb-угла (Sb — 98,0 ат. ); на фиг. 3 — зависимость ширины запрещенной зоны от состава твердого раствора Inl

А4Аз „$Ь„для подложек: 6 — inP, 7- lnAs, 8 — СэЗЬ. Цифрой 9 отмечен состав, отвечающий длине волны 2,55 мкм для комнатной температуры.

Авторами впервые было применено сплавление Al c Sb для решения эадачй гетероэпйтаксиального роста слоев. Впервые была использована шихта для сплава, содержащая At u Sg в Соотношении в Al (3„5 моль.%), Ab (96,5 моль.%) для получения гомогенного эвтектического расплава. Испольэовайие эвтектики позволяет автоматически получать однородный сплав строго задаййого состава.

Hcsi заявленная совокупность признаков в результате взаимодействия привела к возможности гетероэпитаксиального выЬащивайия слбев твердого раетвора lpl <

AIxAst ySby состава: 0 < Х (0,12, 0 < Y «ОЛЗ, т.е, к цели изобретения.

Пример. Для приготовления эвтектического расплава.AI+ Sb была набрана шихта 66,145 мг AI и 8212,000 мг ЗЬ.

Гомогениэация проводилась при 998 С в течение 4 ч. Шихта загружалась в графитовую кассету, которая помещалась в кварцевый реактор. Гомогенизация происходилэ в . атмосфере водорода, предварительно очищенного пропусканием через Pd-фильтр."

Температура измерялась с помощью термо.пары ППр и вольтметра типа Щ 300. Часть полученного сплава вместе с In, Sb, ЬАэ, согласно расчету (рэсчет производился согласно известной методике, загружалась в кассету для эпитэксиального роста. Жидкофазная эпитаксия проводилась в атмосфере водорода, в кварцевом реакторе на йодложке lnAs. Образец N 220-1. Состав расйлава:

85048

X(AI) = 0,000239, Х(Аз) - 0,0366, X(S b) - 0,444 (где X(i) — мольная доля первого компонента). Зпитаксия проводилась, при Т - 652 С, интервал роста 5 град, скорость охлаждения

5 0,6 град/мин, площауь положки InAs ориентации (100) — 0,81 см . В результате получен

-эпитаксиальный слой толщиной 0,8 мкм, состава: Х = 0,061, У = 0,063. Рассогласование

- периодов решеток Мзитаксиального слоя и

10 подложки соСтавйло 0,0009 отн.ед.

Концентрации элементов в эпитакси: альных слоях определялись с помощью количественного рентгейосйектрального .. микроанализа на микроаналиэаторе JXA—

15 5, "CAMEBAX" фирмы Cameca (Франция).

Рассогласование периодов решеток эпитаксиального слоя и подлбжки измерялись при комнатной темйературе методом рентгеновской дифрактометрии.

20 Таким образом, предлагаемый способ, в отличие от прототипа, в котором такие слои твердого раствора lnl „А1,Аз1 УЯЬ„состава .. 0 < Х Ы 0,12, 0 < У «0,13 не могли быть йолучены, вследствие недостаточного коли25 чества Al в жидкой фазе, позволяет получать слои указанного состава.

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Способ гетероэпйтаксиального наращивания слоев твердого раствора на основе

30 арсенида индия-алюминия, включающий предварительное сплавление алюминия с одним из компонентов твердого раствора, образующим с ним гомогенный расплав, гомогенизирующий отжиг полученного рас35 плава при температуре выше температуры . его ликвидуса, добавление к отожженному расплаву остальных компонентов твердого раствора согласно расчету состава раствора-расплава для:наращивания; исходя из эа40 ранее выбранной температуры его

"ликвидуса, отжйг полученного растворарэсплава, создание пересыщения и приведение пересыщенного раствора-расплава в контакт с йодложкой, отл ич а ю щи йс я

45 тем, что, с целью воспроизводимого наращивания однородйых по составу слоев In)A„Аз1 „ЯЬу, где 0,00 < х «0,12 и 0,00 < у «0,13, предварйтельно сплавляют алюминий с сурьмой в соотношении 3,0-3.5 мол.% Al

50 97,0-96,5 мол.% Sb. гомогенизирующий отжиг этого расплава проводят при температуре 900-1000 С в течение не менее 4 ч, охлаждают со скоростью не более 4 С/мин, в качестве источника мышьяка при приго55 товлении раствора-расплава"для наращивания используют арсенид индия, и в качестве подложки используют эрсенид индия.

1785048 г

Примеры 2-6

1 !

ФР In;-:,-: : .Sb

1785048;

Составитель К.Моисеев

ТехредМ.Моргентал Корректор А.Мотыль

Редактор

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

Заказ 3282, Тираж Подпйсное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Способ гетероэпитаксиального наращивания слоев твердого раствора на основе арсенида индия-алюминия Способ гетероэпитаксиального наращивания слоев твердого раствора на основе арсенида индия-алюминия Способ гетероэпитаксиального наращивания слоев твердого раствора на основе арсенида индия-алюминия Способ гетероэпитаксиального наращивания слоев твердого раствора на основе арсенида индия-алюминия Способ гетероэпитаксиального наращивания слоев твердого раствора на основе арсенида индия-алюминия 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковой технологии, в частности к созданию карбидкремниевых р-п-структур, которые используют для создания высокотемпературных приборов: выпрямительных диодов, стабилитронов, полевых транзисторов с управляющим р-п-переходом, и позволяет повысить выход годных структур

Изобретение относится к технологии полупроводников, в частности к технологии выращивания полупроводниковых гетероструктур методом жидкофазной эпитаксии, и может быть использовано для получения квантово-размерных периодических структур с супертонкими активными слоями с целью создания на их основе, например, температурно-стабильных лазеров, быстродействующих транзисторов и т.д

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при получении приборных структур для микро- и оптоэлектроники методом жидкостной эпитаксии

Изобретение относится к металлургии полупроводников, а именно к получению однои многослойных полупроводниковых эпитаксиальных структур для полупроводниковой промышленности, и позволяет улучшить морфологию выращиваемых структур, получить локальную эпитаксию, а также получить резкие переходы между выращиваемыми слоями
Изобретение относится к технологии полупроводниковых материалов и может быть использовано при получении приборных структур для микро- и оптоэлектроники с применением жидкостной эпитаксии
Изобретение относится к технологии полупроводниковых структур, а именно к технологии формирования металлических зон для зонной перекристаллизации градиентом температуры, и может найти применение в технологии изготовления фотопреобразователей
Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при изготовлении оптоэлектронных приборов с применением техники жидкостной эпитаксии

Изобретение относится к технологии полупроводников и может быть использовано для получения многослойных эпитаксиальных структур полупроводниковых материалов методом жидкофазной эпитаксии

Изобретение относится к прикладной физике и микроэлектронике и может быть использовано при получении моно- и мультислойных структур низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений, преимущественно ограниченно растворимого амфифильного вещества (ОРАФВ) из жидкой фазы

Изобретение относится к способам изготовления полупроводниковых структур из соединений А3В 5 методами эпитаксии
Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем

Изобретение относится к технологии полупроводниковых материалов и может быть использовано для получения методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) двухслойных гетероструктур: арсенид-антимонид-висмутид индия/антимонид индия (InAs1-x-ySbxBiy/InAs1-x-ySbxBiy/InSb) для фотоприемных устройств ИК-диапазона, соответствующего ширине запрещенной зоны (Еg) эпитаксиального слоя (ЭС) менее 0,165 эВ при 77К (или положению края собственного оптического поглощения с>7,5 мкм при 77К)

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при получении приборных структур для микро- и оптоэлектроники с применением жидкофазной эпитаксии

Изобретение относится к области силовой микроэлектронной техники, а более конкретно, к способам изготовления полупроводниковых p-i-n структур из соединений A3B5 методами жидкостной эпитаксии

Изобретение относится к электронной технике, в частности к устройствам для получения многослойных полупроводниковых гетероструктур. Устройство содержит корпус 1 с крышкой 2, контейнер 3 с емкостями для исходных расплавов, снабженный поршнями 4, многосекционный держатель 14 подложек, камеру роста 5 и каналы для подачи и вывода расплавов. Контейнер 3 с емкостями расположен под многосекционным держателем 14 подложек. Крышка 2 снабжена выступами для удаления излишков расплава. Устройство содержит дополнительные емкости 7 для части используемых расплавов, установленные над контейнером 3, каждая из которых снабжена крышкой 8 с грузом и отверстием с возможностью слива расплава в располагающийся ниже основной контейнер 3. Технический результат изобретения состоит в обеспечении подавления нежелательного взаимодействия примесей в разных ростовых расплавах между собой через газовую фазу, что приводит к повышению технических или электрофизических характеристик получаемых структур. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.

Изобретение относится к полупроводниковой технологии, в частности к установкам для выращивания наногетероэпитаксиальных структур методом жидкофазной эпитаксии, и может быть использовано при производстве материалов для полупроводниковых приборов. Изобретение позволяет увеличить производительность установки, улучшить многократное позиционирование подложки при увеличении ее диаметра, обеспечить эпитаксиальное наращивание не только нанослоев, массивов квантовых точек, но и омических контактов различных конфигураций за счет выполнения реактора в виде «креста», внутри горизонтальной части которого, вдоль его оси, перемещается кассета с расположенными на ней емкостями с различными растворами-расплавами, контейнерами с подложками и контейнерами для складирования наноструктур для их поочередного совмещения с цилиндром. В вертикальной части реактора, через центр нижней крышки реактора, проходит шток, перемещающий контейнеры из кассеты к нижнему основанию цилиндра для закрепления подложек при создании вакуума внутри цилиндра, с последующим отделением наноструктур в контейнер при поступлении водорода вовнутрь цилиндра. Перемещение штоком из кассеты емкостей приводит к созданию ростовой камеры, образованной рабочей поверхностью подложки, внутренней поверхностью нижнего основания цилиндра и поверхностью насыщенного раствора-расплава, проходящего через отверстия плавающей пластины заданной формы с различной конфигурацией отверстий. Через центр верхней крышки реактора проходит шток внутри цилиндра, перемещающий теплоноситель от теплоемкости с постоянной температурой и теплоемкости в виде кольца с индукционным импульсным нагревом до тыльной поверхности подложки. 1 ил.
Наверх