Способ получения многокомпонентных структур методом молекулярно-лучевой эпитаксии

союз советских социАлистически РЕСПУБЛИК(19)) ЕТЕН 1 ЗО Т й и М.С,Ниа. 1 оаапо А 16 аЬу Мобйеб р. 3, "Арр 1, 870, Рагт 2. ег ер)таку о 1 е (111) В ", 1984, 66,Я МНОГОКОМПОТОДОМ МОЛЕКУАКСИИ.ится к технологии риалов, в частнования многокомпоструктур методом ГОСУДА Р СТ 8 Е ННЫ Й КОУИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР У СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) УозЫ Ног 1 соз атреп)регасцге ОгоючФ о 1 баАзбаАз Оцаптц)т) - )ЛеИ 1 ауегзМоесцгаг Веап) Еоаху. - )аРуз"., 1986, ч,25, 1 Ф 10, рл 868 -Незп)ап М,А. ат астап)сауС 01-хМпхТе 9 год оп СОТзцЬз(гатез, - .1, Сгузс. бгоаФВ 2, р.480 - 483,(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИ НЕНТНЫХ СТРУКТУР МЕ ЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТ (57) Изобретение относ полупроводниковых мат сти к технологии выращи нентных тонкопленочных Изобретение относится к технологии полупроводниковых материалов, в частности к технологии выращивания многокомпонентных тонкопленочных структур методом молекулярно-лучевой эпитаксии в сверхвысоком вакууме,Целью изобретения является увеличение процента использования исходных компонентов,П р и м е р. Проведение молекулярно-лучевой эпитаксии предлагаемым способом позволяет устранить из пространства между источниками молекулярных пучков и(5)5 С 30 В 23/08, 29/ молекулярно-лучевои эпитаксии в сверхвысоком вакууме. Обеспечивает увеличение процента использования исходных компонентов. Способ включает испарение исходных компонентов и осаждение слоев на подложку из молекулярных пучков, плотность которых задают в соответствии с требуемым составом слоев, Осаждение ведут импульсно. За один импульс проводят осаждение всех компонентов путем одновременного откоытия и последующего закрытия ячеек испарителей. Продолжительность импульса при открытом состоянии устанавливают равной среднему времени жизни атомов и молекул, имеющих наименьший коэффициент прилипания из всех осаждаемых на подложку компонентов, а продолжительность импульса в закрытом состоянии устанавливают равной или оольшей продолжительности импульса в открытом состояии, Достигнуто 80 оь использования сходных компонентов при получении труктур на основе баАз. 1 ил. подложкой области сформировавшиеся газовые фазы, в результате чего большее количество атомов и молекул, составляющих молекулярные пучки, достигают поверхности подложки, увеличивая процент использования исходных веществ.При проведении молекулярно-лучевой эпитаксии часть атомов или молекул молекулярных пучков, адсорбированных на поверхности подложки или растущей пленки, спустя некоторое время, определяемое как среднее время жизни атомов или молекул, осажденных на поверхности подложки, 1686043десорбируется с подложки, образуя поток, направленный встречно первичным молекулярным пучком.В результате после начала процесса осаждения, т.е, открывания молекулярных пучков наряду с потоком атомов и молекул, летящих на подложку, формируется поток атомов и молекул, десорбированных с поверхности подложки, интенсивность которого экспоненциально возрастает во времени с постоянной времени, равной среднему времени жизни атомов или моле;кул на поверхности подложки, которое определяется формулои:г = т ехр( Ео/ЯТ )где г - время жизни атомов или молекул на поверхности подложки;Ео - теплота десорбции атомов или молекул с поверхности подложки;В - универсальная газовая постоянная; Т - температура подложки;г - постоянный коэффициент, зависящий от материала подложки и состава молекулярного пучка и определяемый экспериментально.После закрывания молекулярных пучков интенсивность потока десорбированных атомов или молекул ат подложки спадает по времени также по экспоненте и с той же постоянной времени, равной времени жизни атомов или молекул на поверхности подложки.Вследствие десорбции атомов и моле, кул, осажденных на подложку компонентов, , имеющих низкие коэффициенты прилипа, ния, например, как коэффициенты прилипания ртути или цинка, равные 10 - 10, образуются наиболее мощные встречные потоки атомов или молекул, интенсивность которых всего на десятые или сотые доли процента меньше интенсивности исходных пучков. Поэтому продолжительность закрытого или открытого состояния устанавливают по времени жизни атомов и молекул, имеющих наименьший коэффициент прилипания из всех осаждаемых на подложку компонентов. В течение времени закрытого состояния газовая фаза, образовавшаяся вблизи подложки в результате взаимодействия налетающих и десорбированных атомов и молекул, полностью осаждается криопанелями сверхвы соковакуумной технологической камеры.На чертеже приведены зависимости интенсивности молекулярных пучков от времени, где 1 - зависимость для первичных молекулярных пучков, 2 - зависимость для потока десорбированных атомов и молекул при непрерывном осаждении компо 10 20 25 30 35 40 45 50 55 нентов, 3 - зависимость для потока десорбированных атомов и молекул при импульсном осаждении (по предлагаемомуспособу),Площадь, ограниченная кривыми 2 и 3 иосью времени, отображает число десорбированных атомов или молекул за время 1, При непрерывном осаждении в течение достаточно длительного периода почти всеатомы или молекулы, попадающие на поверхность подложки, оказываются десорбированы с нее, т.е, площадь под кривой 2 при достаточно большом времени т равна площади под линией 1, описывающей количество частиц, приходящих из первичных молекулярных пучков. При импульсном осаждении по предлагаемому способу площадь под кривой 3 значительно меньше площади под линией 1 в каждом цикле осаждения.Предлагаемый способ молекулярно-лучевой эпитаксии реализуют следующим образом.Сверхвысоковакуумная установка молекулярно о-лучевой эпита ксии загружается двумя ячейками-испарителями источников молекулярных пучков мышьяка и галлия. На подложкодержатель устанавливают молибденовый блок с укрепленной на нем с помощью пружинных зажимов подложкой, вырезанной из ОаАз по плоскости (И) и имеющей диаметр 22 мм и толщину 0,8 мм. Камеру герметизируют и откачивают до вакуума 5 10 торр.-оПосле откачки камеру прогревают дополнительно в течение 3 ч при 250 С, При этом в криопанель, окружающую источники молекулярных пучков, подают холодную воду для предотвращения распыления загруженных в ячейки материалов, После трехчасового прогрева все криопанели установки заливают жидким азотом, кратковременно в течение 5 мин прогревают источники молекулярных пучков при 930 С для их обезгаживания при закрытых заслонках пучков, после чего температуру ячейки с галлием устанавливают равной 910 С, а темперару ячейки с мышьяком равной 580 С. Затем осуществляют кратковременный нагрев подложки до 820 С, в течение 30 с, после чего снижают ее до 560 С. После проведения этих операций установка готова к проведению технологического процесса.Для определения продолжительности открытого и закрытого состояния пучков либо экспериментальным путем, либо из научно-технической информации определяют среднее время жизни атомов и молекул испаряемых веществ для осаждения их на под1686043 1 О 4 6 7 Составитель В.БезбородоТехред М,Моргентал дактор А.Шандор ректор О.Кравцова митета сква, Ж ательский комбинат "Патент",.г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 Производствен ложку из данного материала, после чего находят среднее время жизни на поверхности атомов или молекул, имеющих наименьший коэффициент прилипания, В данном случае коэффициент прилипания и среднее время жизни молекул Аз 2 широко изменяются в зависимости от количества несвязанных атомов Оа на поверхности подложки ОаАз, При указанной температуре подложки и интенсивности пучков Оа и Аз 2 при указанных температурах источников среднее время жизни Оа и Аз примерно равно 10 - 12 с. Отсюда устанавливают продолжительность открытого состояния, равную 10 с, продолжительность закрытого состояния, равную также 10 с,После определения всех временных параметров технологического процесса открывают одновременно заслонки обоих пучков на 10 с, после чего одновременно закрывают на 10 с, Зтот процесс эпитаксии продолжают до тех пор, пока не будет достигнута заданная толщина вы ращиваемой пленки, которую определяют либо по общей продолжительности процесса, либо с помощью предусмотренных в установке технических средств, например кварцевого измерителя толщины. После этого прекращают нагрев источников пучков и подложки.Процент использования исходных компонентов определяется из расчета плотноЗаказ 3579 Тир ВНИИПИ Государственного 113035, Мстей десорбированного и падающих потоков и интегрирования данной зависимости,Использование предлагаемого способа молекулярно-лучевой эпитаксии поэво ляет увеличить процент использованияисходных компонентов до 80. Формула изобретения Способ получения многокомпонентных 10 структур методом молекулярно-лучевойэпитаксии, включающий испарение исходных компонентов и осаждение слоев на подложку из молекулярных пучков, плотность которых задают в соответствии с 15 требуемым составом слоев. при импульсном открывании и закрывании ячеек-испарителей, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения процента использования исходных компонентов за один 20 импульс проводят осаждение всех компонентов путем одновременного открытия и ,последующего закрытия ячеек-испарителей, продолжительность импульса при открытом состоянии устанавливают равной 25 среднему времени жизни атомов и молекул, имеющих наименьший коэффициент прилипания из всех осаждаемых на подложку компонентов, а продолжительность в закрытом состоянии равна или больше 30 продолжительности импульса в открытомсостоя н ии. Подписноезобретениям и открытиям при ГКНТ СРаушская наб 4/5