СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕТЕРОЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР IN SB/GA AS Российский патент 1996 года по МПК H01L21/203 

Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборов, в частности к способу эпитаксиального выращивания полупроводниковых слоев методом молекулярно-лучевой эпитаксии.

Полупроводниковые эпитаксиальные структуры антимонида индия находят широкое применение для быстродействующих интегральных схем и приборов оптоэлектроники, так как InSb обладает высокой подвижностью электронов, является прямозонным полупроводником.

Наиболее перспективным является использование гетероэпитаксиальных слоев InSb выращенных на полуизолирующих подложках широкозонного арсенида галлия, т. к. в этом случае исключаются токи утечки через подложку и существует возможность осуществлять засветку светочувствительного слоя InSb через прозрачную для ИК-излучения подложку GaAs.

В технологии полупроводниковых приборов известны способы эпитаксиального выращивания полупроводниковых соединений А₃В₅ методом МЛЭ (1).

При этом из-за значительного рассогласования постоянных решеток растущего эпитаксиального слоя и подложки в слое возникает высокая плотность дефектов структуры: дислокаций несоответствия и двойников.

Наиболее близким к изобретению является способ, включающий выращивание на полупроводниковой подложке из GаАs буферного слоя GaAs и выращивание эпитаксиального слоя InSb в две стадии низкотемпературная при 300^oС и скорости роста слоя 0,1 мкм/час и высокотемпературная стадия (2).

Но из-за большого рассогласования постоянных решеток пленки антимонида индия и подложки арсенида галлия в пленке InSb возникает высокая плотность дислокаций и двойников. При этом двойники играют основную роль в снижении электрофизических характеристик в полупроводниках.

Целью изобретения является устранение дефектов структуры-двойников и увеличение скорости роста эпитаксиальных слоев.

Поставленная цель достигается тем, что после выращивания буферного слоя дополнительно проводят осаждение аморфного слоя InSb толщиной 5-10 нм при комнатной температуре и его твердофазную эпитаксию, на низкотемпературной стадии выращивают эпитаксиальный слой толщиной 40-50 нм, а высокотемпературную стадию проводят при температуре 400^oС со скоростью роста слоя 2 мкм/час.

Осаждение слоя InSb на подножку GaAs, находящуюся при комнатной температуре, приводит к образованию аморфного слоя. При повышении температуры происходит его кристаллизация (твердофазная эпитаксия). Процесс кристаллизации идет при взаимном ориентирующем влиянии соседних кристаллизующих областей малого размера, поэтому вероятность образования двойников резко снижается. Однако, если проводить перекристаллизацию толстого слоя (более 20-50 нм), то образуется эпитаксиальный слой с высокой плотностью структурных дефектов и плохой морфологией поверхности, что, по-видимому, обусловлено уменьшением ориентирующего влияния подложки на верхние спои.

В то же время нагрев тонкой (10-15 нм) аморфной пленки до высоких (400°С) температур приводит к распаду сплошной монокристаллической пленки, как и в случае псевдоморфного роста, на отдельные островки. Поэтому после стадий твердофазной эпитаксии, которая происходит при существенно более низких температурах (200^oС) чем распад пленки на островки, проводят стадию низкотемпературного доращивания перекристаллизованного слоя до толщин, при которых напряжения в пленке полностью ренпансируют (40-50 нм) за счет более полного введения дислокаций несоответствия. В этом случае дальнейшее увеличение температуры не приводит к разделению пленки на отдельные островки и, как следствие, к возникновению двойников при их последующем сращивании.

Данный способ выращивания гетероэпитаксиальных слоев InSb/ GaAs реализован следующим образом.

Выращивание гетероэпитаксиальных структур InSb/GaAs проводят в установке молекулярно-лучевой эпитаксии. После химической обработки подложка арсенида галлия помещается в камеру МЛЭ, где она подвергается отжигу в потоке мышьяка при температуре 600-650^oС в течение 30 мин.

После отжига выращивается буферный слой GaAs при температуре 650^oС со скоростью роста 1 мкм/час в течение 30 мин. Затем температуру подложки снижают до комнатной (20-40^oС), осаждают при этой температуре слой InSb толщиной 10-15 нм, нагревают подложку вместе со слоем InSb до температуры 300^oС, при которой происходит трердофазная эпитаксия, проводят низкотемпературную эпитаксию слоя InSb толщиной 40-50 нм при Т 300^oС со скоростью 0,1 мкм/час, нагревают структуру до температуры 400^oС, а затем ведут высокотемпературный рост со скоростью 2 мкм/час.

Таким образом, использование предложенного способа получения гетероэпитаксиальных структур InSb/GaAs обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
1. Использование дополнительно двух стадий твердофазной и низкотемпературной эпитаксии позволяет устранить дефекты структуры-двойника.

2. Кроме того, обеспечение более качественной структуры пленки InSb на начальной стадии эпитаксии позволяет вдвое увеличить скорость ее роста и снизить время процесса в 1,5 раза.

Использование: изобретение может быть использовано в производстве интегральных схем и приборов оптоэлектроники. Сущность изобретения: способ включает выращивание на полупроводниковой подложке из GaAS буферного слоя GaAS и последующую эпитаксию слоя lnSb в 3 стадии - твердофазная эпитаксия аморфного слоя, осажденного при комнатной температуре, низкотемпературная и высокотемпературная эпитаксия.

Способ получения гетероэпитаксиальных структур InSb/GaAs, включающий выращивание на полупроводниковой подложке из GaAs-буферного слоя GaAs и выращивание эпитаксиального слоя InSb в две стадии низкотемпературная стадия при температуре 300^oС и скорости роста слоя 0,1 мкм/ч и высокотемпературная стадия, отличающийся тем, что, с целью устранения дефектов структуры двойников и увеличения скорости роста эпитаксиальных слоев, после выращивания буферного слоя дополнительно проводят осаждение аморфного слоя InSb толщиной 5 10 нм при комнатной температуре и его твердофазную эпитаксию, на низкотемпературной стадии выращивают эпитаксиальный слой толщиной 40 50 мм, а высокотемпературную стадию проводят при 400^oС со скоростью роста слоя 2 мкм/ч.