Способ получения монокристаллических полупроводниковых соединений

(12 22 21.03.89 КРИ- КОнной водЧ 1 омитет Российской Федерации о патентам и товарным знакам ОПИСАНИЕ ИЗОБ к авторскому свидетельству(71) Московский институт электронмашиностроения(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИВЫХ СОЕДИНЕНИЙ(19) М 3 (11) 1621562 (1 з) А 1 51) 6 С 30 В 15/04 29/40 жет быть использовано для выращивания монокристалла на основе А В . Спосоо по 3 5зволяет снизить плотность дислокаций и повысить совершенство кристаллической структуры. Полупроводниковые соединения выращивают из жидкой фазы с добавкой легирующих примесей, в качестве которых используют 1 п и/или В в сочетании с одним из элементов ряда Сс 1, 1 п, В 1, 81, РЪ в концентрациях каждого 10 - 5 1018 20-зсм при соотношении концентраций двух выбранных элементов 1:3 - 15. В результате повышается скорость роста пленок в 1,2-3 раза, снижается плотность дислокаций на 3 порядка. 1 табл.Изобретение относится к электронной иметаллургической промышленности, в частности к производству полупроводниковыхсоединений, и может быть использовано длявыращивания монокристаллов и эпитаксиальных структур соединений на основе А В из3 5жидкой фазы,Целью изобретения является снижениеплотности дислокаций и повышение совершенства кристаллической структуры.П р и м е р 1, Эпитаксиальные слоитвердого раствора А 1 хба 1-хАз выращиваютжидкостной эпитак сией из раствора ба,содержащего 810 см Те и А 1 5 ат.о,. В18 -3этот раствор дополнительно вводят В 1 и 1 пв концентрациях соответственно 10 , 5 ф 1018 19и 110, 5 ф 10 см (соотношение 1:10). Аз20 -3в раствор ба вводят в виде поликристаллического баАз - 5 ат.,. Процесс проводятв очищенном Н 2, Температура началавыращивания 940 С, скорость охлаждения1.)ох = 0,4 град/мин, Подложки были из баАз,вырезанные из кристаллов, выпускаемыхпромышленностью. Подложки были р-типа сконцентрацией бе 5 ф 10 см . Для сравнения17 -3с прототипом выращивают пленки израствора на основе ба, содержащего Те 810 см и бе + Б 1 с концентрациями 7,5-18 -310 и 10 см,а также эпитаксиальные18 -3пленки из раствора в расплаве, содержащиезапредельные концентрации 1 п и В 1 соответственно 810 и 5 ф 10 см . Выращивание20 17 -3пленок проводят на стандартной установкев графитовом контейнере, Результаты измерения свойств полученных пленок в этом ипоследующих примерах приведены в таблице. Все концентрации элементов в расплаве(растворе), приведенные в таблице, соответствуют началу кристаллизации. На полученных пленках методом Ван-дер-Пауопределяют концентрацию носителей заряда.Ее приравнивают концентрации Те, Намикроанализаторе типа Самеса определяютконцентрацию А 1 в пленках. Как показалиэти измерения, концентрация Те и А 1 впленках увеличилась соответственно в 1,6 и1,9 раза по сравнению с прототипом и в 2,2и 2,5 раза по сравнению с пленками,легированными только Те, Скорость выращивания пленок (их толщина) по сравнениюс прототипом увеличилась в 3,1 раза. Впоследующих примерах концентрацию легирующей примеси и А 1 определяют указаннымвыше методом. В качестве параметров,характеризующих совершенство структурыполученных эпитаксиальных слоев и кристаллов, были приняты подвижности носителей заряда р., плотность дислокаций Ис 1,плотность микродефектов И 1 и полуширина пика излучения спектров фотолюминесценции (ПШФЛ), Так как сужение (уширение) ПШФЛ и увеличение (уменьшение),и в данном полупроводниковом соединении происходят одновременно при близких концентрациях носителей заряда, то достаточно определить один из этих параметров, чтобы судить о степени совершенства кристаллической структуры, Сужение (уменьшение) ПШФЛ свидетельствует о повьппении регулярности в расположении компонентов соединения и, следовательно, о повышении совершенства. ПШФЛ в эпитаксиальных пленках уменьшилась в 1,2 раза по сравнению с прототипом.П р и м е р 2. Выращивают слои А 1 хба 1-хАз из раствора ба с растворением баАз, легированного бе с концентрацией 2 ф 10 см ,В раствор дополнительно вводят20 -3В 1 и 81 в концентрациях соответственно 5 ф 10, 710 и 10, 5 ф 10 см . Выращи 18 19 1 19 -3вают пленки из раствора на основе ба, легированного бе с концентоацией 11020 см 3и содержащего Б 1 - 110 см (прототип), а также с запредельной концентрацией В 1 - 610 и Б 1 - 5 ф 10 см, Условия выращи 20 17 -3вания были как в примере 1. В полученных пленках концентрация бе была в 1,3 раза выше, чем в прототипе. Скорость выращивания (толщина пленок) была в 1,8 раза выше, чем у прототипа. Остальные параметры приведены в таблице. Пленки с такими же свойствами и совершенством структуры были получены при дополнительном введении в расплав В 1 с концентрацией 310 и РЬ с концентрацией 910 см , В пленках, полученных с указанными концентрациями В 1 и Б 1, ПШФЛ, по сравнению с прототипом уменьшилась на 30 - 60;а в слоях, выращенных из растворов с запредельными концентрациями, увеличилась, по сравнению с прототипом, на 10.П р и м е р 3, Выращивают эпитаксиальные пленки баАз на подложках из полуизолирующего баАБ, легированного Сг с ориентацией (100). Условия выращивания - как в примере 1. Раствор ба с растворенным ОаАз легируют 1 п с концентрацией 210 см . В раствор дополнительно19 -3вводят Сд и 1 п в концентрациях соответственно 510 , 10 см и 610 , 510 см18 19 -3 19 20 -3 В таких же условиях выращивают пленки ОаАз из растворов, содержащих Сй - 5 1017 и 1 п - 410 см (запредельная концент 2 -3рация). Соотношения концентрации Сб и 1 п в предыдущем случае 1:12 и 1:15.П р и м е р 4. Выращивают эпитаксиальные пленки баАз из раствора Оа с растворенным баАз (Аз - 5 ат,о/,) и Бе с концентрацией 1,210 см . В раствор до 19 -3полнительно вводят РЬ с концентрациями 610 , 5 а 10 см и и: 910 , 2,510 см (соотношение концентраций РЬ:и = 1:15 и 1:12). Выращивают в идентичных условиях, но с концентрациями дополнительных элементов РЬ и п 10 и 810 см18 20 -3 (запредельные концентрации и соотношения), а также с Б 1 и Бп (прототип). В выращенных пленках по предложенному способу концентрации Бе была в 2,3 раза выше по сравнению с прототипом, а скорость роста увеличилась в 2,2 раза. Результаты измерений представлены в таблице.П р и м е р 5. Выращивают монокристаллы пР (Метод Чохральского) из-под флюса с избыточным давлением Не 0,7 атм. на стандартной установке. Скорость выращивания меняют по программе от 0,8 до 0,2 мм/мин. Скорость вращения кристаллов 8 об/мин, Расплав содержит Бе с концентрацией 10 см . Дополнительно в19 -3расплав вводят В 1 и РЬ в концентрациях соответственно, 2,410 , 10 и 81019 2018 210 см (соотношения концентраций РЪ и19 -3В 1 были равны 1:3 и 1:5). Были выращены кристаллы из раствора, содержащие Бе 1101 см 3 и Б - 5 а 10 + Ое 210 см (прототип). Концентрация Бе в первых кристаллах была в 1,7 раза больше, чем у прототипа.П р и м е р 6. Выращивают монокристаллы ОаАз методом Чохральского из-под флюса В 203 с избыточным давлением Аг 0,7 атм, на стандартной установке. Шихта состоит из поликристаллического баАз стехиометрического состава, Температурный градиент на фронте кристаллизации 40-50 град/см, Направление выращивания (100), а диаметр монокристаллов 60 мм. Скорость выращивания 1,5 см/ч, а скорость вращения кристалла и тигля составляют соответственно 10 - 15 и 5 об/мин, В шихту вводят и и В 1 с концентрациями соответственно 15 10а 20 5 а 10 и 110, 5 а 10 см 3 (соотношение19 19концентрации В 1 и п = 1:15 и 1:10), Выращивают один монокристалл из расплава, содержащего - и - 5 а 10 см . Из получен 20 -3ных монокристаллов по их длине вырезают три пластины толщиной 2-3 мм. Первую сразу после выхода монокристалла на диаметр, вторую из середины, а третью на 2 см выше конца монокристалла, На пластинах методом Ван-дер-Пау измеряют,и, концентрация носителей заряда и р в 9 точках. Травление для определения Хбосуществляют по стандартной методике (ТУ48-4-276-82), Выращивают один монокристалл из шихты с поликристаллическим баАзи с В 1, концентрация которого 710 см19Результаты измерения представлены в таблице.П р и м е р 7. Выращиваютмонокристаллы баАз, как в примере 6,Шихта из поликристаллического ОаАз содержит избыток Оа - 50,5 ат по сравнениюсо стехиометрическим составом. В шихтудополнительно вводят В 1 и и с концентрациями соответственно 110, 210 и19310 , 110 см (соотношение концентра 19 20 -3ций В 1 и и = 1:3 и 1:5). Измерения свойствпроводили, как в примере 6, Результатыпредставлены в таблице.П р и м е р 8. Выращиваютмонокристаллы баАз, как в примере 6,Шихта из поликристаллического баАз содержит избыток Аз - 50,2 - 50,8 ат,о, остальноеОа. Дополнительно вводят 1 п и В сконцентрацией соответственно 110 , 51910 и 810, 7,5 а 10 (соотношение18 19 19концентраций и и В 1 = 1:8 и 1:15).Результаты измерений, выполненных, как впримере 6, представлены в таблице,П р и м е р 9. Выращиваютмонокристаллы баАз из шихты с избыткомОа 1,0 ат.,4 (запредельная концентрация51 г, Оа и 49 ат.,4 Аз), в остальном шихта,как в примере 8, Результаты измерениясвойств представлены в таблице,П р и м е р 10. Выращиваютмонокристаллы ОаАз, как в примере 6.Концентрация дополнительно введенных и1,4 а 10, В 1 - 710 см (соотношение19 17 -3концентраций В 1:и = 1:20), Результатыизмерений представлены в таблице.П р и м е р 11. Выращивалимонокристаллы баАз, как в примере 6.Концентрация дополнительно введенных и610, В 1 - 310 см 3 (соотношение20 20концентрация В 1:и = 1:2).Как видно из таблицы и результатовизмерений, приведенных в описаниях примеров, пленки и кристаллы соединений,выращенные из расплавов или растворов,содержащих дополнительно введенные элементы, имеют совершенную кристаллическую структуру.Использование предлагаемого способаполучения полупроводниковых соединенийобеспечивает следующие преимущества:уменьшается концентрация кластеров на2 - 3 порядка, а в некоторых случаях онивообще отсутствуют;1621562 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ повышается скорость роста пленки в 1,2- 3 раза; Способ получения монокристаллических полупроводниковых соединений на основе А В путем выращивания из жидкой фазы с добавкой двух элементов, отличающийся тем, что, с целью снижения плотности дислокаций и повышения совершенства кристаллической структуры, в качестве снижается плотность дислокаций на 3 порядка, а в некоторых случаях дислокации не выявлялись. дополнительных элементов используют 1 п и/или В 1 в сочетании с одним из элементов ряда Сб, 1 п, В 1, % РЬ, в концентрациях каждого 10 - 510 см при соотношении18 20 -3концентраций двух выбранных элементов 11621562 10 М, см + Легированная примесь и ее концвентрация, см Дополнительно введенные примеси и их концентрации, сми 1,4 10 В 1 7 1017 107 20 1 О 1 п 6 10 В 1 3 102 о 1. 107 5 102- суммарная концентрация всех дефектов недислокационного типа, включая дефекты упаковки, кластеры и другие. Те В 10 щ Те 8 10 щ Те В 101 в Те 8" 101 Те В 10 Те 8 101 Ое 2 10" бе 2 10 ае 1 10" Ое 1 10" бе 1 10 Яе 1,2 1019 Яе 1,2 10 щ Яе 1,2 101 Яе 1,2 10 В 1 1 О" В 5 1 О" В 5 1 О" и 81020 Ое 7,5 1 О"