Способ изготовления наногетероструктуры со сверхрешеткой

Изобретение относится к электронной технике, в частности к способам создания наногетероструктур для фотопреобразующих и светоизлучающих устройств. Способ изготовления наногетероструктуры со сверхрешеткой включает выращивание на подложке GaSb газофазной эпитаксией из металлоорганических соединений в потоке водорода сверхрешетки, состоящей из чередующихся слоев GaSb и InAs. Сверхрешетка содержит по меньшей мере один слой GaSb, выращиваемый из триэтилгаллия и триметилсурьмы, и по меньшей мере один слой InAs, выращиваемый из триметилиндия и арсина. При выращивании слоя GaSb вначале подают триэтилгаллий, а затем триметилсурьму, при выращивании слоя InAs вначале подают арсин, а затем триметилиндий. После выращивания каждого слоя GaSb или InAs прерывают подачу упомянутых соединений в зону роста слоев и продолжают подавать водород в течение времени t, задаваемого определенным соотношением. В изготовленных настоящим способом наногетероструктурах со сверхрешеткой отсутствуют пленки переменного состава на гетерогранице между слоями сверхрешетки, в результате обеспечивается стабильность и воспроизводимость электрооптических свойств создаваемых на основе этих наногетероструктур фотопреобразующих и светоизлучающих устройств. 3 пр.

 

Настоящее изобретение относится к электронной технике, в частности к способам создания наногетероструктур для фотопреобразующих и светоизлучающих устройств.

В настоящее время сложилось новое направление изготовления фотопреобразующих и светоизлучающих устройств на основе гетероструктур, содержащих сверхрешетки с напряженными слоями (strained layer superlattice-SLS). Сверхрешетки с напряженными слоями, в отличие от сверхрешеток с квантовыми ямами, имеют большие внутренние напряжения, обусловленные разностью параметров кристаллических решеток материалов слоев, и, как следствие, имеют зонную структуру, отличную от зонной структуры материалов слоев, например ширину, запрещенной зоны и положения подзон. Применение в фотоэлектрических преобразователях таких материалов позволяет сравнительно просто, путем изменения толщин слоев, изменять ширину запрещенной зоны, а следовательно, длинноволновую границу чувствительности фотоэлектрического преобразователя, при этом они обладают высокой поглощающей способностью, равной межзонному поглощению. В случае использования сверхрешеток с напряженными слоями для излучающих приборов возможно увеличение их эффективности.

Наиболее часто при изготовлении фотоэлектрических преобразователей на основе таких структур используют пару GaSb/InAs (антимонид галлия/арсенид индия). Это позволило изготовить фотоэлектрические преобразователи для спектрального диапазона до 15 мкм и каскадные устройства для нескольких спектральных диапазонов. В таких наногетероструктурах толщины слоев не должны превышать критическую величину, при превышении этой толщины материал имеет большое количество дефектов, а с другой стороны, должны отсутствовать туннельные токи. Обычно толщина слоев составляет несколько нанометров. Основным методом изготовления наногетероструктур со сверхрешетками InAs/GaSb является метод молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ). Этот метод позволяет с высокой точностью контролировать толщины слоев (до одного атомарного слоя), но требует использования дорогостоящего оборудования и имеет высокую стоимость массового производства. Кроме указанных препятствий существует сложность изготовления структур на основе соединений с сурьмой (Sb).

Известен способ изготовления наногетеротруктуры со сверхрешеткой на основе (Al,Ga)Sb и GaSb (см. M. Behet, P. Schneider, D. Moulin, К. Heime, J. Woitok, J. Tummler, J. Hermans, J. Geurts, "Low pressure metalorganic vapor phase epitaxy and characterization of (Al,Ga)Sb/GaSb heterostructure", Journ. Of Crystal Growth, v. 167, 415-420, 1996) газофазной эпитаксией из металлоорганических соединений (МОСГФЭ). Выращивание сверхрешетки осуществляют при температуре 530-660°С из триметилаллюминия, триэтилгаллия, триэтилсурьм в токе очищенного водорода при соотношении молярных потоков V/III - групп периодической системы Менделеева, равном 12,5 для AlSb и элементов групп V/III = 7 для GaSb.

Основным недостатком известного способа изготовления наногетероструктур со сверхрешетками является относительно высокая температура роста, при которой невозможно выращивание InAs, так как при этом может образовываться InSb при росте сверхрешеток GaSb/InAs (температура плавления InSb Т=525°С). К тому же известный способ предназначен для изготовления приборов спектрального диапазона 1,4-1.72 мкм.

Известен способ изготовления наногетеротруктуры со сверхрешеткой (см. заявка WO 2012046676, МПК С23С 16/30, С30В 25/10, С30В 29/40, H01L 21/205, H01L 31/10, опубликована 12.04.2012) газофазной эпитаксией из металлорганических соединений с использованием органических источников. В известном способе выращивают слой GaAs1-ySby (0,36<y<1) на подложке (GaSb, InP и GaAs) и затем слой InxGa1-xAs (0,38<x<0,68). Выращивание сверхрешетки осуществляют при температуре 425-525°С.

Недостатком известного способа является сложность поддержания и контроля состава твердых растворов, а также образование слоев переменного состава на границах эпитаксиальных слоев вследствие невоспроизводимого роста в момент замены газовой среды (реагенты подают постоянно в зону роста).

Известен способ изготовления наногетеротруктуры со сверхрешеткой (см. заявка ЕР 2804203, МПК H01L 21/20, опубликована 19.11.2014) из соединений А3В5 (InAs, InP, GaAs, GaP, GaSb и InSb) газофазной эпитаксией из металлорганических соединений. Выращивание слоев сверхрешетки осуществлялли с использований органических источников (триметилиндий (TMIn), триметилгаллий (TMGa), триэтилгаллий (TEGa), трибутиларсин (TBAs), трибутилфосфин СВР), тетробутилбидиметиламинофосфор (TBBDMAP), триметилсурьма (TMSb) и тридиметиламиносурьма (TDMASb) в потоке азота или аргона при температуре в 350-450°С. В качестве слоев сверхрешетки также использовали InxGa1-xAs (x>0,5), и InxGa1-xSb (x<0,4).

Недостатком известного способа является образование пленок переменного состава большей толшины на гетерогранице между слоями сверхрешетки, приводящего к невоспроизводимому и неконтролируемому изменению зонной структуры материала сверхрешетки, и, как следствие, электрооптических свойств создаваемых приборов.

Известен способ изготовления наногетеротруктуры со сверхрешеткой (см. заявка US 2014353586, МПК H01L 21/02, H01L 21/66, H01L 31/0304, H01L 31/0352, H01L 31/18, опубликована 04.12.2014), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Способ-прототип включает выращивание на подложке GaSb газофазной эпитаксией из металлоорганических соединений сверхрешетки из чередующихся слоев GaSb и InAs, содержащей по меньшей мере один слой GaSb и по меньшей мере один слой InAs. При выращивании чередующихся слоев GaSb и InAs после окончания выращивания каждого слоя выдерживается временная пауза, во время которой подают металлоорганическое соединение, содержащее только один элемент V-группы (As для InAs и Sb для GaSb).

Основным недостатком известного метода является образование пленки переменного состава из InGaSb и GalnAs на гетерогранице между слоями GaSb и InAs, что приводит к невоспроизводимому изменению зонной структуры материала сверхрешетки, влияющему на электрооптические свойства создаваемых фотопреобразующих и светоизлучающих приборов.

Задачей настоящего изобретения являлась разработка такого способа изготовления наногетероструктуры со сверхрешеткой, который бы предотвратил образование пленки переменного состава на гетерогранице между слоями сверхрешетки и, как следствие, обеспечил бы стабильность и воспроизводимость электрооптических свойств создаваемых на основе наногетероструктуры фотопреобразующих и светоизлучающих приборов.

Поставленная задача решается тем, что способ изготовления наногетероструктуры на основе сверхрешетки включает выращивание на подложке GaSb, газофазной эпитаксией из металлоорганических соединений в потоке водорода сверхрешетки, состоящей из по меньшей мере одной пары чередующихся слоев GaSb, выращиваемого из триэтилгаллия и триметилсурьмы, и InAs, выращиваемого из триметилиндия и арсина. Новым в настоящем способе является то, что при выращивании слоя GaSb вначале подают триэтилгаллий, а затем подают триметилсурьму, при выращивании каждого слоя InAs вначале подают арсин, а затем подают триметилиндий, после выращивания каждого слоя GaSb или InAs прерывают подачу упомянутых соединений в зону роста слоев и продолжают подавать водород в течение времени t, определяемого из соотношения:

t=Vp/G, с;

где Vp - объем реактора, см3; (1)

G - скорость протекания водорода см3/с.

Газофазную эпитаксию из металлоорганических соединений настоящим способом обычно проводят при температуре 450-500°С из реагентов - триметилиндия, триэтилгаллия, триметилсурьмы и арсина при соотношении молярных потоков элементов V/III групп периодической системы Менделеева, равном в интервале 11-150 для InAs и 2-25 для GaSb. После выращивания каждого из слоев InAs и GaSb прекращают подачу в зону роста реагентов и подают только водород в течение времени t, определяемого из соотношения (1), для полной смены газовой смеси в зоне роста. Затем подают реагенты для выращивания слоя другого состава, причем подачу реагентов начинают с подачи арсина в случае выращивания слоя InAs и триэтилгаллия в случае выращивания слоя GaSb. Использовать температуру роста ниже 450°С не представляется возможным, так как ниже этой температуры не происходит пиролитического разложения триметилсурьмы (температура начала разложения триметилсурьмы равна 450°С и температура 100% разложения триметилсурьмы ~550°С).

За счет продувки реактора чистым водородом для полной смены газовой среды между ростом слоев как InAs, так и GaSb не происходит образования пленки переменного состава, которая приводит к невоспроизводимому изменению зонной структуры материала сверхрешетки, влияющая на электрооптические свойства создаваемых фотопреобразующих и светоизлучающих приборов.

Пример 1. Методом МОСГФЭ на установке ADCTRON-200 в реакторе горизонтального типа изготавливали наногетероструктуру, содержащую последовательно выращенные десять пар чередующихся эпитаксиальных слоев GaSb и InAs на подложке n-GaSb (001). Давление в реакторе составляло 76 мм рт.ст. Подложку во время роста вращали со скоростью 100 об/мин. Газ-носитель - очищенный водород с точкой росы не хуже -100°С, суммарный поток через реактор составлял 5,5 литров/мин. Источники элементов для роста: триметилиндий (TMIn), триэтилгаллий (TEGa), триметилсурьма (TMSb) и арсин (AsH3). Структуры преднамеренно не легировались. Температура роста для слоев из GaSb и InAs составляла 500°С, а соотношение молярных потоков элементов V/III групп периодической системы Менделеева составляло: для InAs - V/III = 93 и для GaSb V/III = 22,5. Высокое значение соотношения элементов V/III для GaSb объясняется низкой эффективностью разложения TMSb при Т=500°С (типичное значение V/III для роста GaSb при Т=550-630°С лежит в диапазоне 1,2-2,5). После выращивания каждого из слоев GaSb и InAs прекращали подачу в зону роста реагентов и продолжали подавать только водород в течение времени t, определяемого из соотношения (1), для полной смены газовой смеси в зоне роста. Затем подавали реагенты для выращивания слоя другого состава, причем подачу реагентов начинали с подачи арсина при выращивании InAs и триэтилгаллия при выращивании GaSb. Исследования микроструктуры образцов наногетероструктуры методом просвечивающей электронной микроскопии на микроскопе JEM2100F показали, что настоящий способ изготовления наногетероструктуры обеспечивает высокую воспроизводимость толщин слоев InAs - 2 nm и GaSb - 3,3 nm и резкие границы сверхрешетки InAs/GaSb на подложке GaSb (резкие границы свидетельствуют об отсутствии слоев переменного состава). Исследования спектров фотолюминесценции выращенных образцов наногетероструктуры подтвердили высокую воспроизводилось зонной структуры материала сверхрешетки, что также указывает на отсутствие слоев переменного состава.

Пример 2. Методом МОСГФЭ на установке AIXTRON-200 изготавливали наногетероструктуру, содержащую последовательно выращенные сто пар чередующихся эпитаксиальных слоев GaSb и InAs на подложке p-GaSb (001). Давление в реакторе составляло 76 мм рт.ст. Газ-носитель - очищенный водород, суммарный поток через реактор составлял 4 литра/мин. Источники элементов для роста: TMIn, TEGa, TMSb и AsH3. Температура роста для слоев GaSb и InAs составляла 450°С, а соотношение молярных потоков элементов V/III имело значение: для InAs - V/III = 150 и для GaSb V/III = 25. После выращивания каждого из слоев прекращали подачу в зону роста реагентов и продолжали подавать только водород в течение времени t, определяемого из соотношения (1), для полной смены газовой смеси в зоне роста. Затем подавали реагенты для выращивания слоя другого состава, причем подачу реагентов начинали с подачи арсина при выращивании InAs и триэтилгаллия при выращивании GaSb. Исследования микроструктуры образцов наногетероструктуры методом просвечивающей электронной микроскопии на микроскопе JEM2100F показали, что обеспечивается высокая воспроизводимость толщин слоев InAs - 1,5 nm и GaSb - 3,0 nm и резкие границы сверхрешетки InAs - GaSb на подложке GaSb. Спектры фотолюминесценции выращенных образцов показали высокую воспроизводилось зонной структуры материала сверхрешетки.

Пример 3. Методом МОСГФЭ изготавливали наногетероструктуру, содержащую последовательно выращенные пять пар чередующихся эпитаксиальных слоев GaSb и InAs на подложке GaSb (001). Давление в реакторе составляло 76 мм рт.ст. Газ-носитель - очищенный водород, суммарный поток через реактор составлял 6 литров/мин. Источники элементов для роста: триметилиндий (TMIn), триэтилгаллий (TEGa), триметилсурьма (TMSb) и арсин (AsH3). Температура роста для слоев GaSb и InAs составляла 500°С, а соотношение молярных потоков элементов V/III имело значение: для InAs - V/III = 11 и для GaSb V/III = 15. После выращивания каждого из слоев прекращали подачу в зону роста реагентов и подавали только водород в течение времени t, определяемого из соотношения (1), для полной смены газовой смеси в зоне роста. Затем подаются реагенты для выращивания слоя другого состава, причем подачу реагентов начинают с подачи арсина в случае InAs и триэтилгаллия в случае GaSb. Исследования микроструктуры образцов методом просвечивающей электронной микроскопии на микроскопе JEM2100F показали высокую воспроизводимость толщин слоев InAs - 1 nm и GaSb - 2,5 nm и резкие границы сверхрешетки InAs - GaSb на подложке GaSb. Спектры фотолюминесценции выращенных образцов показали высокую воспроизводимость зонной структуры материала сверхрешетки.

Способ изготовления наногетероструктуры со сверхрешеткой, включающий выращивание на подложке GaSb газофазной эпитаксией из металлоорганических соединений в потоке водорода сверхрешетки, состоящей по меньшей мере из одной пары чередующихся слоев GaSb, выращиваемого из триэтилгаллия и триметилсурьмы, и InAs, выращиваемого из триметилиндия и арсина, при этом при выращивании слоя GaSb вначале подают триэтилгаллий, а затем триметилсурьму, при выращивании слоя InAs вначале подают арсин, а затем триметилиндий, после выращивания каждого слоя GaSb или InAs прерывают подачу упомянутых соединений в зону роста слоев и продолжают подавать водород в течение времени t, определяемого из соотношения:

t=Vp/G, с;

где Vp - объем реактора, см3;

G - скорость протекания водорода см3/с.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники, в частности к способам изготовления структур фотоэлектрических приемных устройств (ФПУ), предназначенных для преобразования светового излучения определенного спектрального диапазона в электрический сигнал.
Изобретение относится к многоэлементным и матричным фотоприемникам (МФП) ИК-диапазона на основе теллурида кадмия-ртути, конкретно к технологии изготовления матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ).

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к созданию компактных источников электроэнергии с использованием радиоактивных изотопов и полупроводниковых преобразователей.

Способ определения концентрации донорного фона в CdxHg1-xTe принадлежит к характеризации материалов и структур оптоэлектроники, точнее к твердым растворам CdxHg1-xTe – основному материалу для изготовления фотодиодов инфракрасного диапазона спектра.

Светочувствительное устройство с множественной глубиной резкости содержит два светочувствительных пиксельных слоя. Причем различные светочувствительные пиксельные слои обнаруживают световые сигналы с различными цветами.

Настоящее изобретение относится к области преобразователей энергии радиационных излучений в электрическую энергию и может быть также использовано в взрывоопасных помещениях - шахтах, в беспилотных летательных аппаратах, ночных индикаторах и сенсорах, расположенных в труднодоступных местах и т.д.

Настоящее изобретение относится к области преобразователей энергии оптических и радиационных излучений в электрическую энергию и может быть использовано во взрывоопасных помещениях - шахтах, в беспилотных летательных аппаратах, ночных индикаторах, сенсорах, расположенных в труднодоступных местах, и т.д.

Изобретение относится к области многопереходных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), применяемых для солнечных батарей и фотоприемников космического и иного назначения.

Бета-вольтаический полупроводниковый генератор электроэнергии, содержащий полупроводниковую пластину с развитой поверхностью и слой никеля-63 на этой поверхности.

Способ изготовления фотопреобразователя на основе GaAs включает выращивание методом жидкофазной эпитаксии на подложке n-GaAs базового слоя n-GaAs, легированного оловом или теллуром, толщиной 10-20 мкм и слоя p-AlxGa1-xAs, легированного цинком, при х=0,2-0,3 в начале роста и при х=0,10-0,15 в приповерхностной области слоя, при этом выращивание слоя p-AlGaAs ведут при температуре 600-730°С в течение 20-50 мин, за это время осуществляется формирование диффузионного р-n перехода в GaAs с образованием эмиттерного слоя p-GaAs толщиной 1-2 мкм, осаждение тыльного контакта термическим вакуумным напылением, отжиг осажденного тыльного контакта в атмосфере водорода, осаждение через маску фоторезиста лицевого контакта термическим вакуумным испарением и отжиг осажденного лицевого контакта в атмосфере водорода, металлизацию лицевого контакта гальваническим осаждением через маску из фоторезиста при одновременном осаждении золота на тыльную поверхность, разделительное травление структуры через маску из фоторезиста на отдельные фотоэлементы и нанесение антиотражающего покрытия.

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к композиции для визуализации и повреждения опухолевых клеток-мишеней, содержащей неорганические наночастицы размером 10-100 нм и размерной дисперсностью до 6% состава NaYF4, солегированные ионами иттербия (Yb) и эрбия (Er) или иттербия (Yb) и тулия (Tm), и включающей цитотоксический компонент, представленный бета-изотопом, которым является изотоп иттрия-90 (90Y), при этом наночастицы переведены в гидрофильную форму путем использования покрытия, представленного по крайней мере одним из соединений, выбранных из полималеинового ангидрида октадецена, полиэтиленимина, поли(D,L-лактида), поли(лактид-гликолида), диоксида кремния, тетраметиламмония гидроксида, при этом наночастицы связаны с гуманизированным мини-антителом scFv 4D5 или высокоаффинным пептидом неиммуноглобулиновой природы DARPin-29, которые специфичны к раковоассоциированному антигену HER-2/new.

Настоящее изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано для получения стабильных водных растворов полупроводниковых квантовых точек, покрытых оболочками оксида кремния, модифицированных активной группой для биоконъюгирования и стабилизированных полиоксиэтиленом.
Изобретение относится к нанотехнологиям. Сначала получают раствор квантовых точек на основе селенида кадмия в хлороформе с их концентрацией 4⋅10-8 М и смешивают его с раствором дендримера в метаноле так, чтобы мольное соотношение квантовых точек к дендримеру составляло от 1:700 до 1:1100.

Изобретение относится к области химии, в частности к высокомолекулярным композиционным материалам на основе органических соединений. Может быть использовано для изготовления термостойких покрытий и сорбентов, применяемых в химической промышленности, авиастроении, космических технологиях, оборонной промышленности, для твердофазной микроэкстракции.

Изобретение может быть использовано в электронной и химической промышленности, медицине и оптике. Сначала получают полиакрилонитрил гомополимеризацией нитрила акриловой кислоты или его сополимеризацией с винильными сомономерами с долей сомономеров не более 20% в сополимере.
Изобретение относится к области наноразмерной технологии и может быть использовано для создания носителей информации с высокой плотностью записи, магнитных сенсоров с высокой чувствительностью и т.п., а также для применения в области медицины.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул экоцида С в альгинате натрия. Указанный способ характеризуется тем, что экоцид С по порциям добавляют в суспензию альгината натрия в гексане в присутствии 0,01 г препарата Е472с при перемешивании 1000 об/мин, затем приливают метиленхлорид, образующуюся суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро:оболочка в нанокапсулах составляет 1:3, 1:1, 1:5 или 5:1.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул метронидазола в альгинате натрия. Указанный способ характеризуется тем, что в суспензию альгината натрия в гексане и 0,01 г препарата Е472с добавляют порошок метронидазола, затем добавляют ацетон, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат, при этом массовое соотношение ядро:оболочка в нанокапсулах составляет 1:3, 1:1, 1:5 или 5:1.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул антибиотиков тетрациклинового ряда, выбранных из тетрациклина, доксициклина или миноциклина. Указанный способ характеризуется тем, что в суспензию альгината натрия в петролейном эфире и 0,01 г препарата Е472с, используемого в качестве поверхностно-активного вещества, добавляют порошок антибиотика, затем добавляют 5 мл четыреххлористого углерода, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат, при этом массовое соотношение ядро:оболочка в нанокапсулах составляет 1:3 или 1:1.

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к обработке металлов давлением, а именно к технологии получения высокопрочного проката аустенитной нержавеющей стали с нанокристаллической структурой, который может быть использован в качестве конструкционного материала.

Изобретение относится к области нанотехнологии, в частности к фармацевтике, и раскрывает способ получения нанокапсул солей металлов в агар-агаре. Способ характеризуется тем, что 100 мг соли металла (иодид калия, карбонат магния, цинка или кальция, хлорид кальция) диспергируют в суспензию 100 или 300 мг агар-агара в бензоле в присутствии 0,01 г препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1200 об/мин, далее приливают 5 мл хлороформа, при этом мольное соотношение ядро:оболочка составляет 1:1 или 1:3, затем полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре. Изобретение обеспечивает упрощение и ускорение процесса получения нанокапсул и увеличение выхода по массе. 11 пр., 3 ил.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к способам создания наногетероструктур для фотопреобразующих и светоизлучающих устройств. Способ изготовления наногетероструктуры со сверхрешеткой включает выращивание на подложке GaSb газофазной эпитаксией из металлоорганических соединений в потоке водорода сверхрешетки, состоящей из чередующихся слоев GaSb и InAs. Сверхрешетка содержит по меньшей мере один слой GaSb, выращиваемый из триэтилгаллия и триметилсурьмы, и по меньшей мере один слой InAs, выращиваемый из триметилиндия и арсина. При выращивании слоя GaSb вначале подают триэтилгаллий, а затем триметилсурьму, при выращивании слоя InAs вначале подают арсин, а затем триметилиндий. После выращивания каждого слоя GaSb или InAs прерывают подачу упомянутых соединений в зону роста слоев и продолжают подавать водород в течение времени t, задаваемого определенным соотношением. В изготовленных настоящим способом наногетероструктурах со сверхрешеткой отсутствуют пленки переменного состава на гетерогранице между слоями сверхрешетки, в результате обеспечивается стабильность и воспроизводимость электрооптических свойств создаваемых на основе этих наногетероструктур фотопреобразующих и светоизлучающих устройств. 3 пр.

Наверх