СПОСОБ СОЗДАНИЯ ВАРИЗОННЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ &&& Российский патент 1994 года по МПК H01L21/477 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при создании фотоприемников дальнего инфракрасного диапазона с большой обнаружительной способностью.

Известен способ создания варизонных структур на основе твердых растворов Cd_xHg_1-xTe методом молекулярно-лучевой эпитаксий [1].

Способ позволяет получать варизонные структуры с положительным и отрицательным градиентом ширины запрещенной зоны. Однако до настоящего времени не существует отработанной технологии получения варизонных структур с заданным градиентом ширины запрещенной зоны. Это обусловлено тем, что метод требует применения больших потоков ртутьсодержащих компонентов (на 3-4 порядка выше потоков компонентов, содержащих Cd или Te) из-за малого коэффициента прилипания атомов Hg. Такое несоответствие требуемых величин потоков является принципиальной трудностью при выращивании варизонных структур с управляемой величиной градиента ширины запрещенной зоны, и поэтому этот метод до настоящего времени используется для выращивания эпитаксиальных структур определенного состава.

Наиболее близким техническим решением является способ создания пленок твердых растворов Cd_x Hg_1-x Te с варизонной структурой, включающий нанесение на подложку из CdTe эпитаксиального слоя HgTe и отжиг системы в парах Hg [2]. Однако данный способ позволяет создавать пленки лишь с убывающей к поверхности шириной запрещенной зоны ( ▿ Eg > 0).

Целью изобретения является осуществление возможности создания варизонной структуры с плавно возрастающей шириной запрещенной зоны к поверхности полупроводника.

Цель достигается тем, что на пластину из Cd_x Hg_1-x Te наносят эпитаксиальный слой CdTe толщиной 100-50000 , затем на обе cтороны плаcтины c эпитакcиальным cлоем наноcят капсулирующий диэлектрический слой, в котором отсутствует диффузия ртути кадмия и теллура, и проводят отжиг при температуре 100-600^оС.

Чтобы получить структуру с улучшенными фотоэлектрическими свойствами, проводят дополнительный отжиг при температуре 100-250^оС, если температура основного отжига находится в интервале 350-600^оС, и удаляют поверхностный слой полупроводниковой пластины до достижения рабочей области варизонной структуры.

В качестве диэлектрического слоя для улучшения капсулирования предлагается использовать слой диоксида кремния, нитрида кремния или сочетание этих слоев.

Взаимная диффузия на границе раздела CdTe - Cd_xHg_1-x Te приводит к "расплыванию" резкой границы, создавая варизонную структуру с плавно меняющейся шириной запрещенной зоны. Взаимная диффузия имеет активационный характер: чем больше температура, тем больше и коэффициент взаимной диффузии. Поэтому для создания варизонной структуры определенной толщины, а, следовательно, и значения ▿ Eg, необходимо тем дольше проводить отжиг, чем меньше температура отжига. В силу сильной зависимости D от T и X получение заданного изменения величины X (или градиента ширины запрещенной зоны) в варизонной области возможно путем ступенчатых отжигов при разной температуре. Определить необходимую зависимость температуры отжига от времени можно либо численным решением диффузионного уравнения, либо эмпирическим способом. В последнем случае, определяя на спутниковых образцах величину X (по положению пиков интенсивности в спектрах отражения) при послойном стравливании, строят зависимость X = f (Z), находят соответствующие значения ширины запрещенной зоны и проводят необходимую коррекцию для последующего отжига.

Толщина варизонного слоя определяется из известного выражения для длины диффузии. Зависимость коэффициента самодиффузии D (X, T) от состава X и температуры T для Cd_x Hg_1-x Te приведена в таблице.

Введение дополнительного отжига обусловлено необходимостью устранения дефектов, появляющихся во время основного отжига при температурах более 350^оС.

Пример реализации.

На полупроводниковую пластину из Cd_0,2 Hg_0,8 Te при температуре 120^оС в вакууме не хуже 5 ˙ 10^-8 Па методом молекулярно-лучевой эпитаксии нанесен слой CdTe толщиной 2,1 мкм. Затем с двух сторон был нанесен капсулирующий слой пиролитического SiO₂ толщиной 2000 при температуре ≈ 100^оС и произведен отжиг при 350^оС в течение 10 ч и дополнительный отжиг при 200^оС в течение 1 ч.

Использование: изобретение может быть использовано при создании фотоприемников дальнего инфракрасного диапазона с большой обнаружительной способностью. Сущность изобретения: на пластину из Cd_xHg_1-x наносят эпитаксиальный слой CdTe, затем на обе стороны пластины наносят капсулирующий диэлектрический слой, проводят отжиг и удаляют диэлектрический слой. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ СОЗДАНИЯ ВАРИЗОННЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ Cd_xHg_1-xTe , включающий нанесение слоя, содержащего Te, на пластину, содержашую Cd и Te, и проведение отжига, отличающийся тем, что, с целью осуществления возможности создания варизонной структуры с плавно возврастающей шириной запрещенной зоны к поверхности полупроводника, используют пластину из Cd_x Hg_1-x Te, наносят на нее эпитаксиальный слой Cd Te толщиной 100 - 50000 , затем на обе стороны пластины с эпитаксиальным слоем наносят капсилирующий диэлектрический слой, в котором отсутствует диффузия ртути, кадмия и теллура, и проводят отжиг при 100 - 600^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью улучщения фотоэлектрических свойств структуры, проводят дополнительный отжиг при 100 - 250^oС, если температура основного отжига находится в интервале 350 - 600^oС, и удаляют поверхностный слой полупроводниковой пластины до достижения рабочей области варизонной структуры. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве диэлектрического слоя используют слой диоксида кремния, нитрида кремния или сочетание этих слоев.