Способ эпитаксиального наращивания полупроводниковых монокристаллов с градиентом состава

соединением з дарстаавьй МатаСССРделан изебретаеля аткрытв 23) Приорите 53) УДК 621.3(О 88,8) Опубликовано 05.02.79;Бюллетень та опубликозания описания 05.02,т72) Авторы изобретен ьской Революдиектный инстнтушленности осударственный ордена Октяаучно-исследовательский иредкометаллической про) Заявитель О НАРАЩИВАНИЯ ПОЛУПРОВОД,НИКОВС ГРАДИЕНТОМ СОСТАВА ЭПИТАКСИАЛЬНОНОКРИСТАЛЛСВ Недостатком известного способа является невозможность"получения"эпитакснальных слоев с градиентом состава в плоско сти роста с хорошей структурой в случае, 5когда параметры кристаллической решетки наращиваемого полупроводника сильно отличаются от параметров кристаллической решетки подложки.Цель предлагаемого изобретенияповышение совершенства кристаллической струко туры и морфологии эпитаксиального слоя.Для этого осуществляют перемещение источника относительно поверхности нолложкн путем программного, например, равномерного поступательного движения источника относительно поверхности подложки, начиная с полведения к подложке участка источника, обеспечивающего оост эпнтакснального слоя с параметрами, наиболее близкими к параметрам подложки, например, йачиная с арсеннда галлия при наращивании твердого раствора баАз - баР на подложке арсе- нида галлия, до момента полного перекрытия подложкой поверхности источника, нос.ле чего продолжают наращивание эпитак.сиального слоя иэ неподвижного источника. Изобретение относится к области технологии полупроводниковых материалов и предназначено для использования на предпри. ятиях электронной промышленности,Полупроводниковые монокристаллы с изменением ширины запрещенной зоны в одном из направлений (варизонные полупроводники) выращивают различными спосо. бами.Известные способы основаны на изменении режимов процесса выращивания нз газовой 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 11,Наиболее близким техническим решением является способ эпитаксиального наращивания полупроводниковых монокрнсталлов с градиентом состава в одном направлении вдоль поверхности с химическим переносом .вещества через газовую фазу иэ близкорас. положенного источника, имеющего градиент состава в одном направлении влоль его по. верхности 21.Согласно предлагаемом способу источник, состав которого изменяется вдоль по.верхцости в направлении одной из координат, поме 1 цают перед началом процесса наращивания вне зоны подложки, затем нара 5щивают переходный слой переменного состава путем перемещения источника параллельно поверхности подложки, начиная с об.ласти источника, из которой растет материалс параметрами кристаллической решетки цаи- Оболее близкими к параметрам подложки,Перемещение источника относительноподложки осуществляют в направлении, противоположном градиенту состава в источнике. После перемец,ения источника, т, е.после наращивания переходного слоя, имею 5щего градиент состава как в направлениироста, так и вдоль поверхности роста, проводят наращцвацие эгцтаксиальцого слояс градиентом состава по поверхности ростаиз неподвижного источника. При этом под.ложка полностью перекрывает поверхностьисточника с градиентом состававдоль однойиз координат,Для дополнительцого улучцения качества перед выращиванием переходного слояца поверхность подлокки можно нарастить 5буферный слой путем увеличения размерапервой зоны источника, заполненной мате риалом, наиболее близким по крцсталлоструктурным параметрам к материалу подложки, ца величину, равную по площадиповерхности подложки.30Фиг. 1 иллюстрирует процесс наращивания варизонцого слоя; на фцг. 2 - эпитаксиальцая структура, выращенная в результате использования предлагаемого способа.На фцг, 1 а, б приняты следующие обозначения: 1 - подложка; 2 - составной источник; 3 - дополнительная зона источникаоднородного состава (СаАз), наиболее близкого к подложке; 4 - источник переменногосостава; 5 - блок-держатель источника.На фиг. 2 изображен буферный слой.б; 40переходной слой 7 с градиентом состава вдвух направлениях; собственно варизонныйэпитаксиальный слой 8,Таким образом,роцесс наращивания варизонного слоя складывается из трех этапов: наращивание в течение времени т, буферного слоя (фиг, 1, а); наращивание пере.ходцого слоя в течение временит переходного слоя переменного состава в двух направлениях из перемещающегося составного источника переменного состава (фиг. 1, а );наращивание собственно варизоцного слояв течение времени тв из неподвижного источника переменного состава (фиг. 1, б).Согласно предлагаемому способу выращивацце 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 фрезероваццым углублением на рабочей поверхности блока площадью 4 х 20 мм ц глубиной 2 мм, Сторона 20 мм ориентирована вдоль направления перемещения, Источник по поверхности имеет постоянный градиент 3 молЯмм. Температура подложки - 940 С, температура источника 980 С, Реакция протекает в атмосфере водорода с парами 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 царапцвания переходного слоя - 15 - 60 миц,Как только поверхность источника с градиентом оказывается полностью перекрыта поверхностью подложки, перемещение прекращают, Далее производят процесс наращивания собственно варизоццОго слоя с градиентом состава по поверхности.Таким образом выращены совершенные эпитаксцальные слон с градиентом состава в плоскости роста. Рецтгеноспектральные исследования на приборе УХА вподтвердили наличие градиента состава по поверхцости, 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-даЛзР-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 содержаниемрР)10 мол 3), ухудшается с увеличением содеркания даР, и в области, соответствуюц 1 ей Х 0,3 (т. е, 30 мол/О уаР), эпитаксцальный 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 сильцыс деформационные напряжения в приграничных областях подложки и эпитаксиального слоя.Преимущества предлагаемого способа заключаются в возможности получения эпитаксиальць 1 х 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 - 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 5 сменных источников. 6 Формула изобретения Способ эпитаксиального наращивания полупроводниковых монокристаллов с градиентом 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 относительно поверхности подложки путем про граммиого, например, равномерного посту.нательного движения источника вдоль поверхности подложки, начиная с подведения к подложке участка источника, обеспечивающего рост эпитаксиального слоя с парамет.рами, наиболее близкими к параметрам подложки, например, начиная с арсенида гал.лия при наращивании твердого раствора баАв - баР на подложке арсенида галлия, до момента полного перекрытия подложкой поверхности источника, после чего продолжают наращивания эпитаксиального слоя ." из неподвижного источнйка. т 5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Рпуяса Яа 1 цз Яо са, 1968, 29,31 - 33.2. Патент США3291657, кл.48 - 175,23.08.66.. Филиал ПП Составитель Г. УгличиТехред О. ЛуговаяТираж 922Государственного комитет делам изобретений н о оскваЖ, РаушскаяПатеитъ, г, Ужгород,Корректор В. КупрПодписноеа СССРкрытийиаб., д. 4/5л. Проектная, 4