Способ эпитаксиального наращивания полупроводниковых монокристаллов с градиентом состава

 

патен .ио--е;;ничасная б ог(иQ1 з;;g я ф д

Союз Соеетсмеа

Социал истмчвспва

Республик

< 1) 646389 (61) Подолнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено12.08.75 (2!) 2157007/25 (5j) И. Кл.

Н 01 1. 21/36 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Гвщдерстееемй кеьатет

СССР пв делан изебретею» я открытии

Опубликовано 05.02.79,Бюллетень № 5

Дата опубликозания описания 05.02.79 (Я) УДК 621,382 (О88.8) 3. П. Бочкарев, Ф. А. Гиммельфарб, О. Е. Коробов, A. H. Лупачева и B. H, Маслов (72) Авторы изобретения

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

МОНОКРИСТАЛЛОВ С ГРАДИЕНТОМ СОСТАВА

Изобретение относится к области технологии полупроводниковых материалов и предназначено для использования на предприятиях электронной промышленности.

Полупроводниковые монокристаллы с изменением ширины запрещенной зоны в одном из направлений (варизонные полупроводники) выращивают различными способами.

Известные способы основаны на изменении режимов процесса выращивания из га- 10 зовой фазы, например, создают переменный во времени состав газовой фазы путем перемещения в высокотемпературной зоне ампулы с загрузкой исходных материалов, содержащей два исходных вещества и смесь этих веществ между ними (1j

Наиболее близким техническим решением является способ эпитаксиального наращивания полупроводниковых монокристаллов с градиентом состава в одном направлении вдоль поверхности с химическим переносом .ве нества через газовую фазу из близкорасположенного источника, имеющего градиент состава в одном направлении вдоль его поверхности )2) Недостатком известного способа является невозможность "получения эпитаксиальных слоев с градиентом состава в плоскости роста с хорошей структурой в случае, когда параметры кристаллической решетки наращиваемого полупроводника сильно отличаются от параметров кристаллической решетки подложки.

Цель предлагаемого изобретения -- повышение совершенства кристаллической структуры и морфологии эпитаксиального слоя.

Для этого осуществляют перемещение источника относительно поверхности подложки путем программного, например, равномерного поступательного движения источника относительно поверхности подложки, начиная с подведения к подложке участка источника, обеспечивающего оост эпнтаксиального слоя с параметрами, наиболее близкими к параметрам подложки, например, йачиная с арсенида галлия при наращивании твердого раствора CiaAs — (iaP на подложке арсенида галлия, до момента полного перекрытия подложкой поверхности источника, после чего продолжают наращивание эпитаксиального слоя из неподвижного источника.

646380

Согласно предлагаемом,, способу источник, состав которого измейяется вдоль поверхности в направлении одной из координат, поме1цают перед началом процесса наращивания вне зоны подложки, затем нара5 щивают переходный слой переменного состава путем перемещения источника параллельно поверхности подложки, начиная с области источника, из которой растет материал с параметрами кристаллической решетки наи- !ð более близкими к параметрам подложки, .Перемещение источника относительно подложки осуществляют в направлении, противоположном градиенту состава в источнике. После перемещения источника, т, е. после наращивания переходного слоя, имею- !5 щего градиент состава как в направлении роста, так и вдоль поверхности роста, проводят наращивание эпнтаксиального слоя с градиентом состава по поверхности роста из неподви>кного исто шика. При этом подложка полностью перекрывает поверхность источника с градиентом состава вдоль одной из координат.

Для дополнительного улучшения качества перед выращиванием переходного слоя на поверхность подло>кки можно нарастить буферный слой путем увеличения размера первой зоны источника, заполненной мате риалом, наиболее близким по кристаллоструктурным параметрам к материалу подложки, на величину, равную по площади поверхности подложки.

Фиг. 1 иллюстрирует процесс наращивания варизонного слоя; на фнг. 2 — эпитаксиальная структура, выращенная в резуль-. тате использования предлагаемого способа.

На фнг. 1 а, б приняты следующие обозначения: 1 — подложка; 2 — составной источник; 3 — дополнительная зона источника однородного -состава (CaAs), наиболее близкого к подложке; 4 — источник переменного состава; 5 — блок-держатель источника.

На фиг. 2 изображен буферный слой.б; 40 переходной слой 7 с градиентом состава в двух направлениях; собственно варизонный эпитаксиальный слой 8.

Таким образом, > роцесс наращивания варизонного слоя складывается из трех этапов: наращивание в течение времени т, бу- 4 ферного слоя (фиг, 1, а); наращивание переходного слоя в течение времени т переходного слоя переменного состава в двух направлениях из перемещающегося составного источника переменного состава (фиг. 1, а ); наращивание собственно варизонного слоя в течение времени та из неподвижного источника переменного состава (фиг. 1, б) .

Согласно предлагаемому способу выращивание эпитаксиальной структуры с градиентом состава в плоскости роста эпитаксиального слоя производят при использовании твердого источника с градиентом состава по поверхности, скомпонованного в графитовом блоке с фрезерованным углублением

Hd рабочей поверхности блока площадью

14 õ20 мм н глубиной 2 MM. Сторона 20 мм ориентирована вдоль направления перемещения, Источник по поверхности имеет постоянный градиент 3 мол /o/ìì. Температура подложки — 940 С, температура источника 980 С, Реакция протекает в атмосфере водорода с f!8pGMH воды.

Процес начинают с подведения к поверхности подложки на близкое расстояние зоны источника, наиболее близкой по составу к подложке, т, е. его «арсенидного» края. Скорость перемещения источника вдоль подложки составляет 15 — 60 мм/час.

Время движения источника, оно же — время нарапцвания переходного слоя — 15—

60 мин.

Как только поверхность источника с градиентом оказывается полностью перекрыта поверхностью подложки, перемещение прекращают, Далее производят процесс наращивания собственно «варизонного» слоя с градиентом состава по поверхности.

Таким образом выращены совершенные эпитаксиальные слон с градиентом состава в плоскости роста. Рентгеноспектральные исследования на приборе YXA — 3A подтвердили наличие градиента состава по поверхEIocTH, а также наличие градиента состава в направлении роста в переходном слое, а также изменение толщины переходного слоя.

Для сравнения необходимо отметить, что структура участков эпитаксиальной пленки уаАз-даЛ,Р .-с градиентом состава в плоскости роста, выра щенной при использовании статического источника с градиентом состава по поверхности, начиная с составов Х- 0,10 (т. е, с содержанием рР>10 молЯ), ухудшается с увеличением содер>кания даР, и в области, соответствующей ХО,З (т. е. 30 мол /o yaP), эпитаксиальный слой становится пористым, рыхлым, граница раздела подложка-варизонный слой:непланарная, зубчатая. Наличие переходного слоя полностью устраняет резкие переходы от кристаллоструктурных параметров подложки к параметрам варизонного слоя и ослабляет связанные с этими переходами сильныс деформационные напряжения в приграничных областях подложки и эпитаксиального слоя.

Преимущества предлагаемого способа заключаются в возможности получения эпитакGMBllbHblx слоев с градиентом состава в плоскости роста с совершенной морфологией и структурой из исходных веществ, по крайней мере, одно из которых имеет кристаллоструктурные параметры решетки, существенно отличающиеся от параметров материала подложки, на которую производят осаждение.

Предлагаемый способ прост и надежен.

Дополнительная операция перемещения осуществляется с помощью электродвигателя

РД вЂ” 5 с редуктором, и не требует каких6463 либо существенных изменений в конструкции и аппаратурном оформлении установки.

Предлагаемый способ может быть использован на установках, пригодных для наращивания эпитаксиальных слоев по методу сменных источников.

6 сительно поверхности подл ож кн путе м и ро граммиого, например, равномерного поступательного движения источника вдоль поверхности подложки, начиная с подведения к подложке участка источника, обеспечивающего рост эпитаксиального слоя с параметрами, наиболее близкими к параметрам подложки, например, начиная с арсенида галлия при наращивании твердого раствора

GaAs — GaP на подложке арсенида галлия, до момента полного перекрытия подложкой поверхности источника, после чего продолжают наращивания эпитаксиального слоя . " из неподвижного источнйка.

Составитель Г. Углнчнна

Техред О. Луговая Корректор В. Куприянов

Тираж 922 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

l 13035, Москва,,Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 . Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Б. Павлов

Заказ 122/12

Формула изобретения

Способ эпитаксиального наращивания полупроводниковых монокристаллов с граднентом состава в одном направлении вдоль поверхности с химическим переносом вещества через газовую фазу из близкорасположен- ного источника, имеющего градиент состава в одном направлении вдоль его поверхнос- . ти, отличающийся тем, что, с целью повышения совершенства кристаллической структуры и морфологии эпитаксиального слоя, осуществляют перемещение источника отноИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. «Physica Status Sol icli», 1968, 29, 3l — 33

2. Патент США № 3291657, кл. 48 — 175, 23.08.66.