Способ эпитаксиального выращивания

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Своз Советсыик Соииапистичесыих Республик(45) Дата опубликования описания 26,11,78(о 1) М. Кл. В 01 3 17/06 В 01 0 17/32 Государственный комитетСовета Министров СССРпо дедам изобретенийи открытийГосударственный ордена Октябрьской Революциинаучно-исследовательский и проектный институтредкометаллической промышленности(54) СПОСОБ ЭПИТАКСИАЛЬНОГО ВЫРЩИВАНИЯ Изобретение относится к области технологии полупроводниковых материалов, применяемых для изготовления различных приборов электронной техники и лазерной оптики. 5Известен способ эпитаксиального наращивания слоев полупроводниковых материалов при помощи. химической реакции с переносом вещества на поверхность менее нагретой подложки от более нагретого твердого источника исходного вещества, изготовленного из кристаллического порошка (шихты) или пластины, и поверхность которого расположена параллельно подложке на близ ком расстоянии (от сотен микрон до 2 мм) от нее. Таким способом можно получить эпитаксиальные слои с составом, воспрризводящимсостав исходного вещества в твердом источнике,Однако использование всех признаков этого способа не.позволяет выращивать монокристаллы с градиентом состава в плоскости роста слоея 25 (вдоль поверхности).Известен способ эпитаксиального наращивания полупроводниковых структур, осуществляемый с помощью устройства, заключающийся в том, что в про цессе наращивания эпитаксиальногослоя производят смену источников путем вращения многосекционного источника, причем зазор между источникоми подложкой заполнен жидким растворителем (расплава Сд, б П Я),75) и создантемпературный градиент между источни"ком н подложкой,Известен аналогичный споссб получения многослойных структур, использующий жидкие сменные источники, который однако также не обеспечивает создании эпитаксиальных слоев с изменением состава вдоль поверхности,так как одна подложка не может быть подведена одновременно к двум и более источникам различного состава.Наиболее близким к изобретению является способ эпитаксиального выращивания полупроводниковых элементов из газовой Фазы гри переносе вещества на подложку с помощью химической транспортной реакции от твердого источника, выполненного нз кристаллической шихты, содержащей отдельные участки по поверхности в виде таблеток вещества, отличающихся от основИого вещества источника степенью 7 егирования или составом, на парал 605357лельную источнику поверхность подложки, расположенной на близком расстоя - нии от него, н условиях температурного градиента.Однако по указанному способу также нельзя вырастить эпитаксиальныеслои полупроводниковых твердых растворов с градиентом состава вдоль поверхности, так как использованиетвердого источника иэ исходных веществ с отдельными локальными включе 10ниями иного состава либо степени легрованя не обеспечивает полученияэпитаксиальных слоен с воспроизводимым законом изменения состава поодному иэ направлений вдоль поверх 15ности при сохранении этого же законаизменения состава в любой плоскостислоя, параллельной укаэанному градиенту состава.Цель изобретения - получение слоевполупроводниковых твердых растворовс градиентом состава в плоскости роста,Ядя этого при эпитаксиальном выращивании слоев твердых растворон полупроводниковых соединений путем переноса исходного материала иэ составногоисточника на подложку при их параллельном расположении с зазором в полетемпературного градиента, перпендикулярного подложке и источнику, источник оставляют. иэ параллельно расположенных полос исходного материала,имеющих дискретные составы, в поряд"ке изменения последних соответственнотребуемому градиенту состава в плоскости роста.В качестве исходного материалаисточника берут бинарные соединения,образующие твердый раствор, в видепороеяеообразной смеси различных сос - 40тавон,В качестве исходного материалаисточника берут также кристаллическиепластины предварительно выращенноготвердого раствора различных составов.Перенос исходного материала систочника на подложку ведут с использованием транспортирующего газа, например увлажненного водорода или хлористого водорода в смеси с водородом.Псренос исходного материала с источника на подложку ведут также сиспользованием расплава, например,галлия.П р и м е р 1. Для осуществленияспособа используют химический перенос 5вещества через газовую Фазу от источника переменного состава, которыйкомпонуют и кассете из шихты (механической смеси порошковСЗб и Сдбе )крупностью зерен 0,01 - 0,015 мм из 60следУющих составов Сд Бсср; (5 ес,е 9,СДО О,С 4 1 В д,9 Ь е Сдб 0,07 Е Ео,дт,д, до состава Сдбс,В Оно,2На Фиг.1 схематически показано расположение источника в кассете и отно сительно подложки, на которую ведутэпитаксиальное выращивание; на Фиг,2 график изменения состава эон н кассете с загруженным источником вдольодного направления его рабочей поверхности.Источник 1 располагают в кассете 2которая установлена в блоке 3. Подложка 4 для выращивания слоя расположенав блоке 5, Оба блока располагают вреакторе параллельно друг другу с зазором. В процессе осаждения слоя систочника на подложку перенос осуществляют транспортирующим газом, напримерводородом, поданаемым в зазор.Источник компонуют в углубленияхкассеты 2, которые имеют глубину 3 мм,20 полосовых эон шириной 1,5 мм иобщую протяженность 10 мм.Общая рабочая поверхнрсть источника составляет 10 х 30 ем",Зоны располагают в источнике последовательно в порядке возрастания содержания С ее б от С 3 бнс 15 е 099 доСе 16 двбве,4 .Наращивание производят на мойокреесталлическую подложку 2 еЕТб толщиной0,4 мм с площадью поверхности 12 хх 32 мм. Процесс осуществляют в токеводорода, очищенного диффузией черезпалладиевую мембрану, в течение 10 ч.Температурный режим у источника730 С, у подложки - 650 С. Зазормежду источником и подложкой 600650 мкм. В результате выращинаютэпитаксиальный слой твердого раствора, который имеет монокристаллическую структуру, вдоль поверхности которой величина градиента состава1,6 мол.ь мм (по содержаниюСпб ).П рм е р 2. Для осуществленияукаэанного способа используют источник переменного состава в одном иэнаправлений вдоль его поверхности,йараллельном условно выбранномукраю, Источник скомпонован н кассетеиэ поликристаллических пластинпрямоугольной формы вырезанных иэслитков твердых растворов от 5 д АВдоСеэ 1 АОАб где х = 0;О,ОЗЕ 0,06 Е 0,09 Е 0,12; 0,15 0,18,Размер пластин 20 х 20 х 2 мм. Граньпластины 20 х 2 мм используется нкачестве рабочей поверхности соответстнующей зоны источника.Собранный источник в кассете помещают в гнездо нижнего блока (блокаисточника). При опускании верхнегоблока с подложкой, поверхность которой параллельна рабочей поверхностисобранного источника, зазор междуисточником и подложкой (200-300 мкм)заполняют жидким галлием. Во избежание подтравливания подложки растноритель бес насыщают О,О Ае в количестве,соответствующем объему галлия в реакционном пространстве.Процесс проводят при температуреисточника 900-950 С и перепаде темпе- оратур между источником и подложкойг50-60 С. Продолжительность наращивания 2 ч, В результате выращивают эпитаксиальные слои твердого раствоРа чд .А СЛ 5 с изменением состава вдоль поверхности. Толщина выращенных эпитаксиальных слоев составляет 5 16-30 мкм, градиент состава вдоль поверхности - 1 мол.lмм по содержанию 41 4 в в твердом растворе.Предлагаемым способом могут быть выращены из газовой или жидкой фазы О эпитаксиальные слои полупроводниковых твердых растворов с градиентом состава по поверхности, характеризующиеся изменением всех физических (электрофизических, оптических, меха нических, магнитных и пр.) свойств практически в любом требуемом диапазоне, по одному направлению вдоль поверхности слоя. Способ позволяет осуществить выращивание слоев твердых 20 растворов с любым характером изменения состава вдоль поверхности - линейным, нелинейным - зкспоненциональным, параболическим и пр., т.е. с постоянным или переменным градиентом. 25Описываемый способ прост в аппаратурном оформлении, так как не требует дополнительных устройств для перемещения источника, регулирования газовых потоков и пр.Способ экономичен, так как позволяет многократно использовать один раз скомпонованный источник ( при достаточной его толщине от 1-2 мм до 1 см, в зависимости от вида используемого материала - шихта или кристаллические пластины), обеспечивая при этом полную воспроиэводимость результатов.40Способ универсален по применимости к различным полупроводниковым соединениям или системам, образующим непрерывные ряды твердых растворов ( напри-.мер Се -5 Со 1 э -Сд Р с 3 5 - С 3е и т д )Формула изобретения1. Способ эпитаксиального выращивания слоев твердых растворов полупроводниковых соединений путем переноса исходного материала из составного источника на подложку при их параллельном расположении с зазором в поле температурного градиента, перпендикулярного подложке и источнику, о т л и ча ю щ и й с я тем, что, с целью получения слоев твердого раствора с градиентом состава в плоскости роста, источник составляют из параллельно расположенных полос исходного материала, имеющих дискретные составы, в порядке изменения последних соответственно требуемому градиенту состава в плоскости роста2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, в качестве исходного материала источника берут бинар" ные соединения, образующие твердый раствор, в виде порошкообразной смеси различных составов.3. Способ по п,1, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, в качестве исходного материала источника берут кристаллические пластины предварительно выращенного твердого раствора различных составов.4. Способ по пп.1-3, о т л и ч а ю. щ и й с я тем, что перенос исходного материала с источника на подложку ведут с использованием транспортирующего газа, например водорода или хлористого водорода.5. Способ по пп.1-3, о т л и ч а ю. щ и й с я тем, что перенос нсходног материала с источника на подложку ведут с использованием расплава, например, галлия,% 78 94-ЗЮ Составитель А.Лупачеваедактор Т.Колодцева Техред М,Борисова КорректорЕ.Дичинская За Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул. Проектная, 4 9 Тираж И Государственного ком по делам изобре 113035, Иосква, Ж22 Подписноеитета Совета Министров СССений и открытийРаушская наб.; д.4/5