Способ получения кристаллов

 

I«i678748 (51)м К 3

С 30 В 1/ОО

С 30 8 13/00

С 30 В 15/00

С 30 В 31/00 с присоединением заявки Но (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по деяам изобретений н открытий

Опубликовано 070881, Бюллетень Ио 29 (53) УДК 621. 315. .592(088.8) Дата опубликования описания 070881 (72) Авторы изобретения

Ю. И. Горина, Г. A. Калюжная, К. В. Киселева, С. Н. Максимовский, T. С. Мамедов и Н. И, Строганкова (71) Заявитель

Ордена Ленина физический институт им. П. Н. Лебедева

AH СССР (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ Р „5п„те

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводникового материала, в частности, PЬ „ SnxTe, пригодного для иэготовления оптоэлектронных устройств, работающих в ИКобласти, например фотодетекторов.

РЬ „ Sn Tå является одним из наиболее перспективных полупроводниковых материалов, пригодных для создания ИК-детекторов, однако его использование в этих приборах тормозится отсутствием способа изготовления кристаллов с низкой концентрацией носителей тока порядка 10"» см (77 К).

Известен способ получения материала состава РЬ в 5поо Те с минимальной концентрацией 1,4 10 в см путем синтеза материала с кристаллизацией из газовой фазы в ампуле, помещенной в печь с градиентом температур. В те- 20 чение нескольких суток получают кристаллы размером до 1 мм. Для снижения концентрации носителей тока кристаллы легируют кадмием путем диффузии f1j.

B результате получают минимальную концентрацию 2,3 10 см ъ (77oK)

Наиболее близким к предлагаемому является способ 21, согласно которому материал легируют индием. Этот спОсоб состоит в выращивании эпитак- 30

2 сиальиых слоев РЬ „ Sn„Te методом жидкостной эцитаксии при одновременном легировании индием. Получены кристаллические слои о-типа. Процесс ведут в присутствии избытка металлического компонента, что не позволяет получать в этом случае низкую концентрацию носителей в слоях.

Целью изобретения является получение кристаллов с концентрацией носителей тока менее 10 см з (77оК) для оптоэлектронных приборов ИК-области.

Для этого предложено вести легирование в процессе синтеза соединения путем добавки индия в исходный материал в количестве 0,5-4 ат.% и дополнительном введении эквиатомного с индием количества теллура в процессе синтеза соединения или выращивания кристаллов.

Пример 1. Получение кристаллов методом Бриджмана состава

РЬовй Sn018 Те, В кварцевую ампулу помещают навес» ку, содержащую РЬ 84,9479; Sn 10,6821

Те 63,8000; InTe 7,4371, что соответствует введению в РЬава 5ла а Те

3,92 вес.% In a виде соединения 1лТв, Проводят синтез с вибрационным перемешиванием расплава при 860оС, вы3 держку В течение 2 ч H снижение температуры со скоростью 30 С/ч в интервале температур 860-8СООС, Затем печь выключают. Методом рентгенодифракционного анализа установлено, что синтезированный материал во всем объеме является однофазным и гомо5 генным по составу. ,Х.

Затем синтезированный материал помещают в ампулу диаметром 15 мм и длиной 80 ьяФ: Откачанную и отпаянную ампулу помещают в печь, ОсОбеннОстью конструкции кОтОрой является размещение нагревателя н накуумной камере, что обеспечивает пОстОянстВО температуры HpÎöecca с-.точностью +0,5"С, )5

В первый момент ампулу устанавливают н печи так, чтобы температура но всех точках ампулы была постоянна, затем медленно вытягивают ампулу со скоростью 0,15 мм/ч и бо И лее холодную зону. При этом происходит рост кристалла, состоящего иэ одного или нескольких монокристаллических блоков, HHCTo c выходом естественной грани (100) на поверх- 5 ность кристалла.

За 4-5 сут. удается вырастить кристалл длиной 20-25 мм и диаметром 15-18 мм. По.окончании процесса выращивания проводят гомогенизи- ЗО рующий отжиг В течение 2 сут, н той же печи при 5ОООС, Пример 2. Получение кристаллов методом Бриджмана РЬО78 5ry, Te.

В кварцевую ампулу помещают 25 г предварительно синтезированного

РЬодн Snopes Те и туда же добавляют

2,643 r )nTe что соответствует введению в шихту 1,393 г (n„ и проводят синтез вибрационным перемешинанием расплава при 840ОС, выдержку в течение 2 ч и снижение температуры со скоростью 30 /ч В интервале температур 840-800 C. Затем печь ныкзхв=ают, Йетодом рентгенодифракционного

1апиза устанОВленОр чтО интеэиро я

Ванный материал является Однофаэным и гомогенным по составу, Выращинание ведут по примеру 1, но со скоростью

0,2 мм/ч . Получают кристаллы, состоящие из одного или нескольких моно- щ кристаллических блоков, часто с выхОдом естественных МОнокристалличесRHx блоков, "4acTG c BHxopoM естественной грани (100) на поверхность кристалла. За 4-5 сут, удается вырастить кристалл длиной 20-25 мм и диаметром 15-18 мч, По окончании прОцесса Выращивания проводят гОмО генизирующий отжиг и течение 2 сут.

В той же печи при 500 С.

П р и и е р 3. Получение монокрис- 40 таллон PЬВ. Sn Тe метоДОМ горизОнтальной зонной йлавки. ,Цля синтеза берут исходные компоненты, как в примере 1, но индия добавляют 0 6 ат,4 Затем сННТВВНро» 65 ванный материал помещают в графитовую лодочку, которую запаинают под вакуумом в горизонтальную кварцевую ампулу. В противоположном от лодоч-. ки конце ампулы размещают чистый теллур. Температура в зоне кристаллизации 860-10аС, температура теллура

350-450ОС, скорость перемещения зоны

2-3 мм/ч. Процесс идет при контролируемом давлении паров теллура.

Пример 4. Получение монокристаллов РЬ4 8 5п Те методом ЧохДй ральского из под флюса 8 0 при контролируемом давлении паров теллура над расплавом.

Проводят синтез материала РЬ,„Sn Òå как указано в примере 3, затем синтезированный материал помещают н двухкамерный графитовый тигель, в дне которого имеются фильеры, соединяющие камеру расплава с второй камерой, выполненной в виде отростка. В отросток помещают чистый теллур. Регулируя температуру отростка второй камеры, удается контролировать равновесное давление пара теллура над расплавом, Температура расплава

860+10eC, температура теллура 350450 С, скорость выращивания 3-4 мм/ч.

Пример 5. Получение слоев

РЬО, SneÄ> Те методом фотостимулиронанной газовой эпитаксии.

Метод отличается тем, что но время роста пленки поверхность подложки разогревают световым потоком до температуры эпитаксиального наращивания, а нижнюю часть подложки охлаждают для предотвращения влияния снойств материала подложки. Процесс выращивания недут в замкнутом объеме с независимо контролируемыми источниками паров компонентов или примесей.

Материал, синтезированный по примеру 1 или 2, помещают н замкнутый кварцевый реакционный аппарат, в котором производят выращивание эпитаксиальных слоев. Аппарат снабжен отростком, в который помещают теллур, независимая температура которого во время эпитаксии составляет 300400 С для обеспечения свободного

О теллура в зоне роста в количестве, превышающем стехиометрический состав.

Температура роста монокристаллических эпитаксиальных слоев 680-700оС скорость роста 100-200 мкм/ч.

Состав полученных по примерам 1-5 образцов определяют с помощью рентгеноспектрального микрозонда на установке Сошевах, концентрацию носителей измеряют по методу Холла. Во всех случаях получают материал с концентрацией носителей 3 ° 10 -1 ° 10 э (77 К) и подвижностью 6-10Ь о

2 ° 1 04 см /с (770 К)

Интенсивность излучения люминесценции на порядок выше, чем у мате678748

Формула изобретения

Составитель Е. Бубородова

Редактор В. Гольдина Техред Н. Келушак Корректор М. Шароши

Эаказ 5865/46 тираж 333 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал lII10 "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 риала, получаемого известным способом. Этот факт свидетельствует о более высоком квантовом выходе и уменьшении потерь излучения. Материал стабилен в течение длительного времени, что обеспечивает воспроизводимость параметров приборов.

На основе полученного предлагае-!

ым способом материала изготовлены фотодетекторы, работающие в области длин волн 8-14 мкм.

Способ получения кристаллов

РЬ! „ Sn„Te, где 0,18 (х а 0,22, путем сйнтеза соединения и выращивания кристаллов, легированных индием, отличающийся тем, что, с целью получения кристаллов с концентрацией носителей тока менее 10 см з (77ОK), пригодных для оптоэлектронных приборов ИХ-области спектра, легирование ведут в процессе синтеза соединения путем добавки индия к исходному материалу в количестве

0,5-4 ат. Ъ и дополнительном введении эквиатомного с индием количества теллура в процессе синтеза соединения или выращивания кристаллов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "J. Е!ectrochem, Soc,", 1973, 120, в 8, 131.

15 2. "Hater. Res Bul!", 1974, 9, 799-802.