Способ получения кристаллов

)М. Кл.С 30 В 1/ООС 30 8 13/00С 30 В 15/00С 30 В 31/00 оедннением заявки йо Государственный комнте СССР по деяам изобретений н открытий(23) нтет Опубликовано 070881, Бюллетень Ио Дата опубликования описання 070881(71) Заявнтел а Ленина физический институт им. и. Н. Лебедева АН СССР 4) СПОСОВ ПОЛучЕНИЯ КРИСТ 1 Ц 1 ЛОВ РЬ5 Изобретение относится к технологии изготовления полупроводникового материала, в частности, РЬА5 пТе, пригодного для нэготовления оптоэлектронных устройств, работающих в ИК- области, например фотодетекторов.РЬ 45 пТе является одним из наиболее перспективных полупроводниковых материалов, пригодных для созда" ния ИК-детекторов, однако его использование в этих приборах тормозится отсутствием способа изготовления крис таллов с низкой концентрацией носителей тока порядка 10" см(77 К).Известен способ получения материала состава РЬ 5 п ц Те с минимальной концентрацией 1,4 101 в смпутем синтеза материала с кристаллизацией из газовой фазы в ампуле, помещенной в печь с градиентом температур. В течение нескольких суток получают кристаллы размером до 1 мм. Для снижения концентрации носителей тока кристаллы легируют кадмием путем диффузии Г 11 В результате получают минимальную концентрацию 2,310 щ см ъ (77 ОК)Наиболее близким к предлагаемому является способ 21, согласно которому материал легируют индием, Этот спОсоб состоит в выращивании эпитакКалюжная, К. В. Киселева,Т, С. Мамедов и Н. И. Строганков СИаЛЬИЫХ СЛОЕВ РЬ 15 пТЕ МЕтсдОМжидкостной эцитаксии при одновременном легировании индием. Полученыкристаллические слои и-типа. Процессведут в присутствии избытка металлического компонента, что не позволяетполучать в этом случае низкую концентрацию носителей в слоях.Целью изобретения является получе О ние кристаллов с концентрацией носителей тока менее 10 см з (77 оК) дляоптоэлектронных приборов ИК-области.Для этого предложено вести легирование в процессе синтеза соедине ния путем добавки индия в исходныйматериал в количестве 0,5-4 ат.Ф идополнительном введении эквиатомного с индием количества теллура впроцессе синтеза соединения или вы ращивания кристаллов.П р и м е р 1. Получение кристаллов методом Бриджмана составаРЬовх 5 пс,в Те,В кварцевую ампулу помещают навес5 ку, содержащую РЬ 84,9479; 5 п 10,6821Те 63,8000; 1 пТе 7,4371, что соответствует введению в РЬов арпа,э Те3,92 вес.е 1 п в виде соединения 1 пТе,Проводят синтез с вибрационным пере 0 мешиванием расплава при 860 оС, выдержку ,В течение 2 ч и снижениетемпературы со скоростью 30 еС/ч винтервале температур 8 б 0-8 СОоС, Затем печь выключают. Методом рентгенодифракционного анализа установленорчто синтезированный материал во всемобъеме является однофазным и гомо 5генным по составу,Затем синтезированный материалпомещают В ампулу диаметром 15 мми длиной 80 юФ: Откачанную и отпаянную ампулу помещают в печь,особенностью конструкции которойявляется размещение нагревателя Ввакуумной камере, что обеспечиваетпостоянстВо температуры процессас . точностью -;О р 5 е С,15В первый момент ампулу устанавливают н печи так, чтобы температурано всех точках ампулы была постоянна, затем медленно вытягивают ампулу со скоростью 0,15 мм/ч В более холодную зону, При этом происХОДИТ РОСТ КРИСТаЛЛар СОСТОЯЩЕГО ИЗодного иди нескольких монокристаллических блоков, часто с выходоместественной грани (100) на поверхность кристалла.За 4-5 сут. удается выраститькристалл длиной 20-25 мм и диаметром 15-18 мм, По.окончании процессавыращивания проводят гомогенизи Орующий отжиг В течение 2 сут, н тойже печи при 5 ОООС,П р и м е р 2. Получение кристаллов методом Бриджмана РЬО 78 5 рро, Те,В кварцевую ампулу помещают 25 гпредварительно синтезированного35РЬо.рь 5 пепр Те и туда же добавляют2,б 43 г 1 пТер что соответствуетвведению в шихту 1,393 г (пр и проводят синтез вибрационным перемешинанием расплава при 840 С, выдержку в 40течение 2 ч и снижение температурысо скоростью 30 ц/ч В интервале температур 840-600 С. Затем печь ныкйперают, Йетодом рентгенодифракционного1 епиза устанонленор что синтеэиРо 4ванный материал является однофазными гомогенным по составу, Выращинаниеведут по примеру 1, но со скоростьюОр 2 мм/чо ПолУчают кРисталлыр состоящие из одного или нескольких моно- я)кристаллических блоков, часто с выходом естественных монокристаллических блоков, часто с выходом естестВенной грани (100) на поверхностькристалла, За 4-5 сут, удается вырастить кристалл длиной 20-25 мм идиаметром 15-18 ич, По окончаниипРоцесса ВьрРащинаниЯ пповоДЯт Гомогенизирующий отжиг и течение 2 сут.В той же печи при 500"С.П р и и е р 3. Получение монокристаллон РЬе. 5 по Те меодм горизонтальной зонной йлавки,,Цдя синтеза берут исходные компонентыр кек В примере 1 р но ИндИЯ Добавляют Орб ат,Я . Затем синтезиРО ванный материал помещают в графитовую лодочку, которую запаинают подвакуумом в горизонтальную кварцевуюампулу. В противоположном от лодочки конце ампулы размещают чистыйтеллур, Температура в зоне кристаллизации 8 бОаСр темпеРатУРа теллУРа350-450 оСр скорость перемещения зоны2-3 мм/ч. Процесс идет при контролируемом давлении паров теллура.П р и м е р 4, Получение монокристаллов РЬ 4 й 8 5 п Те методом ЧохДйральского из под флюса 80 при контролируемом давлении паров теллура надраспдавом.Проводят синтез материала РЬ, Зп Текак указано в примере 3, затем синтезированный материал помещают в двухкамерный графитоный тигель, в дне которого имеются фильеры, соединяющиекамеру расплава с второй камерой,выполненной в виде отростка. В отрос"ток помещают чистый теллур, Регулируя температуру отростка второй камеры, удается контролировать равновесное давление пара теллура надрасплавом, Температура расплава860+10 ОС, температура теллура 350450 С, скорость выращивания 3-4 мм/ч.оП р и м е р 5. Получение слоевРЬ Бп, е Те методом фотостимулиронанной газовой эпитаксии,Метод отличается тем, что во времяроста пленки поверхность подложкиразогревают световым потоком до температуры эпитаксиального наращивания,а нижнюю часть подложки охлаждаютдля предотвращения влияния снойствматериала подложки. Процесс выращивания ведут в замкнутом объеме снезависимо контролируемыми источниками паров компонентов или примесей.Материал, синтезированный по примеру 1 или 2, помещают н замкнутыйкварцевый реакционный аппарат, в котором производят выращивание эпитаксиальных слоев, Аппарат снабжен отростком, в который помещают теллур,независимая температура которого вовремя эпитаксии составляет 300400 С для обеспечения свободногоОтелдура в зоне роста в количестве,превышающем стехиометрический состав,Температура роста монокристаллических эпитаксиальных слоев 680-700 ВСрскорость роста 100-200 мкм/ч.Состав полученных по примерам 1-5образцов определяют с помощью рентгеноспектрального микрозоида на установке Сошевах, концентрацию носителей измеряют по методу Холла. Вовсех случаях получают материал с коицентрацией носителей 310 фрр -110 з(77 К) и подвижностью б 10 Ьо2 ф 10" см Р/с (770 К),Интенсивность излучения люминесценции на порядок нышер чем у мате678748 Формула изобретения Составитель Е, БубородоваРедактор 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, й, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 риала, получаемого известным спосо" бом. 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 предлагаемым способом материала изготовлены фотодетекторы, работающие в области длин волн 8-14 мкм. Способ получения кристаллов РЬ5 пТе, где 0,18 ( х с 0,22, путем сйнтеза соединения и выращивания кристаллов, легированных индием,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью получения кристаллов с концентрацией носителей тока менее 10 см з(77 ОХ), пригодных для оптоэлектронных приборов ИХ-области спектра,легирование ведут в процессе синтеза соединения путем добавки индия кисходному материалу в количестве0,5-4 ат, Ъ и дополнительном введении эквиатомного с индием количествателлура в процессе синтеза соединения1 О или выращивания кристаллов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. "4. Еесйгосйев, 5 ос,", 1973,120, В 8, 131,15 2. "Иасег, Вел Вц)", 1974, 9,799-802,