Способ осаждения слоев полупроводниковых соединений типа а в из газовой фазы

Сфез СфеетскикСфциааистическихРеспублик ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 19. 06. 81 (21) 3305248/18-25 511 М. КЛ.З с присоединением заявки МВ(23) Приоритет Н 01 1, 21/205 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытийДата опубликования описания 28.02.83 Г.Г.Девятых с Г,А.Домрачев, Б.В.фук Ц, Г;1 улешовсА,И.Лазарев, В.К.Хаьылов и М М.йурбанов "-с с . - .- 3сЪщщИнститут химии АН СССРс(54) СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ СЛОЕВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТИПА А-В 0 ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ А-Р +Вт.Н - с А-В-+2 РН2 2с ЛН=гп, Са, Нс;Р=Ьс 5 Е с те; где 1Изобретение относится к получению поликристаллических слоев полупроводй т)никовых соединений типа А-В - вследствие реакции между соединением 22 и гидридом элемента У 1 группы В- Н 2 на поверхности нагретой подложки в результате которой выделяется соединение АйВф.Известен способ осаждения эпитаксиальных слоев соединений типа АйВо по приведенной выше реакции при нормальном давлении газа-носителя водорода и 450-750 ос 111.Недостатком известного способа является то, что при,нормальном давлении в реакторе гидриды 21 группы и алкильные производные 1 группы взаимодействуют омогеннос поэтому вместо гибрида В-Н используют сое 1динение В-СНЗ)2 с что приводит к загрязнению слоев соединения А- ВЧ углеродом. Кроме того, известный способ, характеризуется низкой скоростью роста слоев (до 0,3 мкм/мин).Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ осаждения слоевполупроводниковых соединений типаАйВМ из газовой фазы, включакщийнагрев подложки в реакторе с последующим взаимодействием на ее поверхности исходных веществ при пониженном давлении. Согласно этомуспособу для подавления гомогеннойреакции между гидридом У группы иалкилом П группы слои осаждают втоке водорода при пониженном давлении 10 с 15 мм рт. ст ) и 300-420 С.Этим способом получают тонкие (до2 мкм ) эпитаксиальные слои селенида цинка , 2.Недостатками этого способа являются низкая скорость осаждения1,0,033 мкм/мин ), которая не позволяет получать. толстые слои 1,1-5 мм )соединения АаВ в течение 7-8 ч, атакже необходимость использования пя тикратного избытка гидрида элементагруппы У 1 с большая часть которогоне участвует в формировании слоевсоединения АйВф. Кроме того, осаждаемые слои загрязняются примесями, со держащимися в газе-носителе.Цель изобретения - увеличение скорости осаждения поликристаллическихслоев и повышение коэффициента использования исходных веществ, а также повышение скорости осаждения поликристаллических слоев селенида цинка,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу осажденияслоев полупроводниковых соединенийтипа А Вф из газовой Фазы, включающему нагрев подложки в реакторе споследующим взаимодействием на ееповерхности исходных веществ припониженном давлении, слои осаждаютпри давлении 0,4-1,5 мм рт.ст. с 15введением в реактор дополнительной.поверхности, которую нагревают на30-170 С выше температуры подложки.При осаждении слоев селенида цин -ка подложку нагревают до 250-350 оС,а дополнительную поверхность нагревают на 100-1 70 оС выше температурыподложки,Вводимую в реактор дополнительнуюповерхность располагают вблизи подложки, что увеличи 7 вает степень раз -ложения гидрида В-Н 2 . При этом с нееиспаряется образующййся халькоген ввиде молекул В (где п = 2, 4, б, 8 ),Гидрид имеет нйзкий коэффициент прилипания, а молекулы В П - значитель- ЗОно болЬший, поэтому разложение гидрида В-Н 2 на дополнительной поверх -ности способствует более полномуего использованию в процессе осаждения, Кроме того, дополнительная поверхность отражает молекулы металло -органического соединения А-Н 2 и гидОрида в зону осаждения, что также повышает коэффициент использования исходных веществ. 40Таким образом, дополнительная поверхность повышает коэффициент использования гидрида благодаря переносу с нее халькогена В 1 на под-ложку и тем самым способствует уве -личению скорости осаждения поликрис -таллических слоев. Диапазон превышения температуры дополнительнойповерхности над температурой подложкиполучен экспериментально и состав -ляет 30-170 С,Дополнительная поверхность имеетразличную форму в зависимости отособенностей получаемых слоев: цилиндрическую - для получения слоевна подложках диаметром 15-20 мм, 55толщиной 1-2 мм и коническую - дляполучения слоев на подложках диаметром 40 мм, толщиной 10-40 мм.Материалом Дополнительной поверхности может служить полированный 60кварц или сапфир.При нагревании подложки выше 550 оСстенки реактора перегреваются, приэтом слои соединения А- Б- загрязняютР Ф"я материалом аппаратуры и углеродом 65 из металлоорганического соединения А- Н.2.6Если слои осаждают при 550 С, то температура дополнительной поверхности составляет 720 оС, при этом в используемом интервале давлений 0,4- 1,5 мм рт. ст. начинается испарение слоев охлаждаемого осаждаемого соедиАй ВДля получения поликристаллических слоев селенида цинка подложку нагревают до 250-350 С, а дополнительную поверхность нагревают на 100-170 С выше температуры подложки, При темпера.туре подложки ниже 250 С скорость осаждения слоев существенно снижается,Повышение скорости осаждения и увеличение чистоты осаждаемых слоев достигаются понижением рабочего давления до 0,4-1,5 мм рт.ст, Понижение давления в зоне осаждения позволяет также дозировать соединение А- й 2 непосредственно в реактор без использования газа-носителя, тем самым устраняются загрязняющие примеси, содержащихся в нем. Кроме того, исключение газа-носителя приводит к разрежению адсорбционного слоя на поверхности подложки и способствует лучшему поступлению в него реагентов, а снижение давления увеличивает массоперенос в растущйй слой, что обеспечивает увеличение скорости роста. Помимо этого, снижение давления позволяет интенсифицировать десорбцию и отвод из эоны осаждения продуктов реакции, что также способствует увеличениюскорости осаждения.Выбор рабочего давления определяется летучестью элементов А и В и свойствами осаждаемого слоя. П р и м е р 1 . Подложку из сапфира размещают на пьедестале, который вводят в реактор. Вокруг подложки и пьедестала размещают дополнительную поверхность цилиндрической формы диаметром 28 мм, которая одновременно является нагревателем реактора. Реактор откачивают до давления 1 Па и включают нагреватель, Дополнительную поверхность и пьедестал нагревают370 оС, затем пьедестал охлаждаютодо 250 С. Точность поддержания температуры составляет + 5 С. Подают сеоленоводород, а затем пары диэтилцинка и начинают осаждение при давлении в реакторе 0,4 мм рт.ст. Отношение концентраций диэтилцинка к селеноводороду 1:3. По истечении времени осаждения слоя селенида цинка подачу диэтилцинка в реактор прекращают, а через 5 мин после этого прекращают подачу селеноводорода и выключают нагреватель. После охлаждения в реактор подают инертный газ и извлекают подложку, На подложке получают слой селенида цинка. Скорость осаждения8 мкм/мин. Коэффициент использования диэтилцинка 0,34.П р и м е р 2 , Процесс проводят аналогично описанному в примере 1. Исходные вещества - диэтилцинк и селеноводород в отношении 1:3, Под ложка - сапфир. Дополнительная поверхность - цилиндрическая. Температура подложки 250 С, температура дополнительной поверхности 370 ОС. Давление в реакторе 1,5 мм рт. ст. 10 Осаждают слои селенида цинка. Скорость осаждения 16 мкм/мин. Коэффициент использования диэтилцинка 0,46.П р и м е р 3 . Процесс проводят аналогично описанному в примере 1. 15 Дополнительная поверхность - коническая. Исходные вещества - диэтилцинк и селеноводород в отношении 1;3. Подложка - сапфир. Температура подложки 250 С, температура дополни -отельной поверхности 350 С. Давление в реакторе 1,5 мм рт. ст. Осаждают слои селенида цинка. Скорость осаждения 14 мкм/мин. Коэффициент использования диэтилцинка 0,42. 25П р и м е р 4 . Процесс проводят аналогично описанному в примере 1. Исходные вещества - диэтилцинк и селеноводород в отношении 1:3, Подложка - сапфир. Дополнительная по верхность - цилиндрическая. Температура подложки 350 С, температура дополнительной поверхности 520 ОС. Давление в реакторе 0,4 мм рт.ст. Осаждают слои селенида цинка, Ско рость осаждения 13 мкм/мин. Коэффициент использования диэтилцинка 0,43.П р и м е р 5 , Процесс проводят аналогично описанному в примере 1, Исходные соединения - диэтилцинк и 40 теллуроводород в отношении 1:3, Температура подложки 550 ОС . Дополнительная поверхность - цилиндрическая. Температура дополнительной поверхности 720 ОС. Подложка - арсенид галлия, Давление в реакторе 0,4 мм рт. ст. Осаждают слои теллурида цинка. Скорость осаждения 16 мкм/мин. Коэффи- циент использования диэтилцинка 0,02.П р и м е р б . Процесс проводят аналогично описанному в примере 1. 50 Исходные соединения - диэтилцинк и сероводород в отношении 1;3. Температура подложки 360 ОС, Дополнительная поверхность - цилиндрическая. Температура дополнительной поверх ности 390 ОС. Подложка - арсенид галлияДавление в реакторе 0,4 мм рт.ст, Осаждают слои сульфида цинка. Скорость осаждения 7 мкм/мин. Коэффициент использования дйэтилцинка 0,25.60П р и м е р 7 . Процесс проводят аналогично описанному в примере 1. Исходные соединения - диэтилкадмий и селеноводород в отношении 1:3. Температура подложки 320 С, Дополнитель о ная поверхность - цилиндрическая. Температура дополнительной поверхности 380 С. Давление в реакторе 2 мм рт.ст. Осаждают слои селенида кадмия. Скорость осаждения 16 мкм/мин. Коэффициент использования диэтилкадмия 0,30,П р и м е р 8 . Процесс проводят аналогично описанному в примере 1. Исходные соединения - диэтилцинк и селеноводород в отношении 1:3. Дополнительная поверхность - цилиндрическая, Температура подложки 270 С, температура дополнительной поверхности 300 С, Подложка - кварц. Давление в реакторе 0,4 мм рт. ст. Осаждают слои селенида цинка. Скорость осаждения 22 мкм/мин. Коэффициент использования диэтилцинка 0,43.П р и м е р 9 . Процесс проводят аналогично описанному в примере 1. Исходные соединения - диэтилцинк и селеноводород в отношении 1:3. Дополнительная поверхность - цилиндрическая. Температу а подложки 330 С, температура дополнительной поверхнос.- ти 436 ОС. Подложка - кварц. Давление в реакторе 1,4 мм рт, стОсаждают слой селенида цинка. Скорость осаждения 19 мкм/мин. Коэффициент использования диэтилцинка 0,49.Предлагаемый способ по сравнению с известными позволяет. повысить скорость осаждения поликристаллических слоев до 7-22 мкм/мин и способствует экономии исходных веществ при повышении коэффициента использования соединения А"-22 до 0,25-0,62, а также получению поликристаляических слоев с низким коэффициентом поглощения излучения с длиной волны приблизительно 1 0,6 мкм для использования в фотоэлектронных приборах. формула изобретения1. Способ осаждения слоеа полупроводниковых соединений типа Л-В"- изв газовой фазы, включающий нагрев подложки в реакторе с последующим взаимодействием на ее поверхности исходных веществ при пониженном давлении, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения скорости осаждения поликристаллических слоев иповышения коэффициента использования исходных веществ, слои осаждают при давлении 0,4-1,5 мм рт.ст. с введением в реактор дополнительной поверхности, которую нагревают на 30-170 С выше температуры подложки.2, Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью по - вышения скорости осаждения поликристаллических слоев селенида цинка, подложку нагревают до 250-350 ОС, а дополнительную поверхность нагре1001234 Составитель В, ГришинРедактор А. Огар Техред О.Веце Корректор А.ференц Заказ 1411/63 Тираж 701 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патентф, г. Ужгород,ул.Проектная, 4 вавт на 100-170 еС выше температурыподложки.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Мапавечй Н , 5 врвоп Ю. ТЬецве Ог аейаФ-огяапсв Зп г.Ье ргерагайоп оГ веесопЬцсйог аайега Ьв.1. Д - Я СовроцпЬв. " фЭ,ЕессгосЬев, 5 ос" . ч, 118, 1971, 94,р,644-:.6472, цйпв Я, Огдаповейа 1 с чарог ЬеровСоп оУ ерйаха 7 п Ве 5 Гйщв оп ЯюаАв вцЬвсгасев, - "Арре.РЬцв. .еСФ, 38, 1978 9 7, 1 осФ;"р. 656-658 (прототип),