Способ получения тонких пленок теллурида кадмия

Изобретение относится к технологии эпитаксиального выращивания тонких пленок из газовой фазы. Сущность изобретения: в способе получения тонких пленок теллурида кадмия в вертикально расположенном реакторе типа «горячая стенка» в нижней части размещают источник теллурида кадмия, над ним на расстоянии не менее 10 диаметров реактора - подложку теллурида кадмия-ртути, присоединяют реактор к вакуумной откачной системе 10^-3 Па и нагревают его таким образом, что температура источника составляет 500°С, температура области между источником и подложкой на расстоянии не менее 10 диаметров реактора составляет 550-600°С, температуру зоны конденсации и подложки поддерживают в пределах 250-300°С, а расстояние между границей зоны конденсации и подложкой поддерживают на уровне не более длины свободного пробега молекул газовой фазы при температуре конденсации. Техническим результатом изобретения является получение тонких пленок CdTe на поверхности теллурида кадмия-ртути в реакторе типа «горячая стенка».

 

Изобретение относится к области технологии эпитаксиального выращивания тонких пленок диэлектрика из газовой фазы, а именно к технологии получения защитного пассивирующего покрытия приборных структур с p-n-переходами для микрофотоэлектроники ИК-диапазона.

Разработка способа получения покрытия таких структур является актуальной задачей, поскольку из-за малой ширины запрещенной зоны, составляющей около 0,1 эВ для области спектра 8-12 мкм, их параметры критическим образом зависят от условий на границе раздела полупроводник-диэлектрик. Наилучшими условиями считается положение, при котором встроенный заряд, плотность состояний, изгиб энергетических зон и скорость рекомбинации неравновесных носителей у поверхности полупроводника минимальны. Воспроизводимое выполнение перечисленных условий может быть достигнуто применением собственного окисла или с помощью покрытия диэлектриком, близким по химическому составу кристаллической структуре постоянной решетки и коэффициенту теплового расширения. При пассивации посредством диэлектрика предпочтительно проводить его эпитаксиальное наращивание, поскольку в полученной таким образом гетероструктуре можно достигнуть минимальной плотности дефектов и требуемого изгиба зон на границе раздела полупроводник - диэлектрик и, следовательно, понизить плотность поверхностных состояний и скорость рекомбинации. Кроме того, эпитаксиальное покрытие имеет наиболее высокую адгезию, поскольку составляет с подложкой практически одно целое.

Основным материалом для микрофотоэлектроники ИК-диапазона является теллурид кадмия-ртути (КРТ) p-типа проводимости. Его собственный окисел не удовлетворяет перечисленным выше требованиям, поскольку приводит к положительному встроенному заряду и инверсии типа проводимости и, кроме того, нестабилен. Наиболее близким КРТ диэлектриком является теллурид кадмия, и его эпитаксиальное нанесение можно считать предпочтительным способом пассивации поверхности. Поскольку нагрев КРТ выше 250-300°С приводит к изменению свойств материала, для нанесения теллурида кадмия должны применяться относительно низкотемпературные газофазные методы. Следует отметить, что не все методы низкотемпературного вакуумного напыления CdTe пригодны для эпитаксии, например, электронно-лучевое или магнетронное испарение приводят к получению пленок низкого качества и отсутствию эпитаксиального роста.

Известен (1) метод «горячей стенки» эпитаксиального выращивания CdTe, основанный на термическом испарении источника CdTe(твердый)=Cd(газ)+1/2Te₂(газ) при 500-600°С в вертикальном реакторе при непрерывной откачке. Температура стенок реактора при этом на достаточно протяженном участке немного превышает температуру источника CdTe, а температура подложки ниже, чем у источника на 50-100°С, благодаря чему имеет место небольшое отклонение от термодинамического равновесия, происходит перенос молекул газовой фазы на подложку и рост эпитаксиального слоя на ней. Процесс носит термодинамический характер и может быть описан с использованием фазовых диаграмм. Метод «горячей стенки» экономичен и прост в реализации, имеет высокую скорость роста до 10 мкм в час и более, позволяет получать эпитаксиальные слои высокого качества, но из-за высокой температуры не может использоваться для нанесения CdTe на поверхность КРТ.

Целью настоящего изобретения является получение тонких пленок CdTe на поверхности КРТ в реакторе типа «горячая стенка».

Поставленная цель достигается тем, что в известном вертикальном реакторе «горячая стенка» (1) при непрерывной откачке до давления не более 10^-3 Па размещается подложка КРТ, и по длине реактора создается распределение температуры, характеризующееся следующими основными параметрами:

1) температура зоны источника CdTe составляет около 500°С, чему соответствуют давления паров Cd и Те₂ около 1 Па;

2) температура стенок реактора между источником и зоной конденсации составляет 550-600°С на длине порядка 10 диаметров реактора, что необходимо для получения однородного потока молекул;

3) в зоне конденсации температура падает примерно до 300°С, давление при этом не превышает 0,1 Па и длина свободного пробега молекул составляет не менее 5 см;

4) зона конденсации расположена таким образом, что расстояние между ее началом и подложкой КРТ составляет не более 5 см, т.е. не более длины свободного пробега молекул, благодаря чему часть молекулярного потока доходит до подложки и осаждается на ее поверхность;

5) температура подложки КРТ составляет порядка 250°С.

При этих условиях в реакторе «горячая стенка» создается существенно неравновесная ситуация, и газовая фаза, состоящая из молекул Cd и Те₂, образует направленный поток и частично достигает подложки КРТ, где происходит эпитаксиальный рост тонкой пленки CdTe со скоростью порядка 2 мкм в час при температуре около 250°С.

От прототипа (метода «горячей стенки») (1) предлагаемый способ отличается иным распределением температуры по длине реактора, в частности низкой температурой подложки, а также тем, что процесс переноса вещества носит кинетический неравновесный характер.

Известным аналогом является метод молекулярно-лучевой эпитаксии (2), представляющий собой испарение CdTe в сверхвысоком вакууме из специальной ячейки, которая формирует молекулярный луч. Процесс носит чисто неравновесный кинетический характер, температура подложки составляет 200°С и ниже. Молекулярно-лучевая эпитаксия позволяет выращивать эпитаксиальный CdTe на поверхности КРТ, однако требует дорогостоящего и сложного оборудования для поддержания сверхвысокого вакуума.

Как видно из приведенного описания, предлагаемый способ получения тонких пленок теллурида кадмия по своим характеристикам занимает промежуточное положение между методами «горячей стенки» (1) и молекулярно-лучевой эпитаксии (2).

Литература

1. A.Lopez-Otero, L.D.Haas. High mobility as-grown PbTe films prepared by the hot wall technique. Thin solid films v.23 (1974), p.1-6.

2. C.J.Summers, E.L.Meeks, N.W.Cox. Molecular beam epitaxial growth of CdTe, HgTe, and Hg_1-xCd_xTe alloys. Journal of vacuum science and technology v.B2 (2) (1984), p.224-228.

Способ получения тонких пленок теллурида кадмия, заключающийся в том, что в вертикально расположенном реакторе типа "горячая стенка" в нижней части размещают источник теллурида кадмия, над ним на расстоянии не менее 10 диаметров реактора - подложку, присоединяют реактор к вакуумной откачной системе 10^-3 Па и нагревают его таким образом, что температура источника составляет 500°С, температура области между источником и подложкой на расстоянии не менее 10 диаметров реактора составляет 550-600°С, а температура зоны конденсации и подложки поддерживается на менее высоком чем у источника уровне, благодаря чему в реакторе создается отклонение от термодинамического равновесия, перенос молекул газовой фазы Cd и Те₂ на подложку и конденсация на ее поверхность, отличающийся тем, что, с целью получения эпитаксиального пассивирующего покрытия теллурида кадмия на поверхности полупроводникового материала теллурида кадмия-ртути, в реактор "горячая стенка" помещают подложку теллурида кадмия-ртути, температуру зоны конденсации, в которой расположена подложка, ограничивают пределами 250-300°С, а расстояние между границей зоны конденсации и подложкой поддерживают на уровне не более длины свободного пробега молекул газовой фазы при температуре конденсации.