Способ осаждения слоев полупроводниковых соединений типа А @ В @ из газовой фазы Советский патент 1983 года по МПК H01L21/205 

Изобретение относится к получению поликристаллических слоев полупроводниковых соединений типа вследствие реакции между соединением и гидридом элемента Y1 группы B-Hj на поверхности нагретой подложки

.Авв- 2КН

спе

A- Zn, с«з,, .З, Зе.те -,

R--S«ln 1. ЧЛ3.4. в результате которой выделяется соединение .

Известен способ осаждения эпитаксиальных слоев соединений типа приведенной выше реакции при нормгшьном давлении газа-носителя водорода и 450-750°С tn.

Недостатком известного способа является то, что при .нормальном давлении в реакторе гидриды У1 группы и алкильные производнь1е I 1 группы взаимодействуют гомогеннс), поэтому вместо гидрида B-Hj использук)т соединение В(сНэ)2 г 1ТО приводит к загрязнению слоев соединения А -Вуглеродом. Кроме того, известный

способ .характеризуется низкой скоростью роста слоев до 0,3 MKM/MHHJL Наиболее близким к предлагаемому является способ осаждения слоев

5 пол шроводниковых соединений типа из газовой фазы, включадвдий нгигрев подложки в реакторе с последующим взаимодействием на ее поверхности исходных веществ при по10ниженном давлении. Согласно этому способу для подавления гомогенной реакции между гидридом VJ. группы и алкилом П группы слои осаждают в токе водорода при пониженном дгшле15 НИИ (0,15 мм рт. ст } и 300-420°С. Этим способом получают тонкие до 2 мкм) эпитаксисшьные слои селенида цинка I 2J.

Недостатками этого способа яв20ляются низкая скорость осаждения , 033 мкм/мин ), которая не позволяет получать, толстые слои (1-5 мм) соединения в течение 7-8 ч, а также необходимость использования пя25 тикратного избытка гидрида элемента ;группы У1, большая часть которого не участвует в формировании слоев соединения AOBii. Кроме того, осаждаемые слои загрязняются примеся.ми, со30 держащимися в газе-носителе. Цель изобретения - увеличение ско рости осаждения поликристаллических слоев и повышение коэффициента использования исходных веществ, а так же повышение скорости осаждения поликристаллических слоев селенида цин ка. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу осаждения слоев полупроводниковых соединений типа из газовой фазы, включаю, щему нагрев подложки в реакторе с последующим взаимодействием на ее поверхности исходных веществ при пониженном давлении, слои осаждают при давлении 0,4-1,5 мм -рт.ст. с i введением в реактор дополнительной поверхности, которую нагревают на 30-170°С выше температуры подложки. При осаждении слоев селенида цин ка подложку нагревают до 250-350°С, а дополнительную поверхность нагрев ют на lOO-lVO-c выше температуры подложки. Вводимую в реактор дополнительну поверхность располагают вблизи подложки, что увеличивает степень разложения гидрида . При этом с не испаряется образующийся халькоген в виде молекул В,(где п 2, 4, 6, 8) Гидрид имеет ни.зкий коэффициент при липания, а молекулы В - значительно больший,, поэтому разложение гидрида на дополнительной поверхности способствует более полному его использованию в процессе осажде ния. Кроме того, дополнительная поверхность отражает молекулы металло органического соединения A-R2 и гид рида в зону осаждения, что также по вышает коэффициент использования ис ходных веществ, Таким образом, дополнительная по верхность повышает коэффициент использования гидрида благодаря переносу с нее халькогена By, на под- ложку и тем самым способствует увеличению скорости осаждения поликрис таллических слоев. Диапазон превышения температуры дополнительной поверхности над температурой подложк получен экспериментально и составляет 30-170 0. Дополнительная поверхность имеет различную форму в зависимости от особенностей получаемых слоев: цилиндрическую - для получения слоев на подложках диаметром 15-20 мм, толщиной 1-2 мм и конш-хескую - для получения слоев на подложках диамет ром 40 мм, толщиной 10-40 мм. Материалом Дополнительной поверх ности может служить полированный кварц или сапфир. При нагревании подложки выше 550 стенки реактора перегреваются, при этом слои соединения А-в загрязняю ::я материалом аппаратуры и углеродо из металлоорганического соединения . Если слои осаждают при 550с, то температура дополнительной поверхности составляет 720°С, при этом в используемом интервале давлений 0,41,5 мм рт. ст. начинается испарение слоев охлаждаемого осаждаемого соединения А- , Для 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 A-R2 непосредственно в реактор без использования газа-носителя, тем самым устраняются загрязнякхдие 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 растущий слой, что обеспечивает увеличение скорости роста. Помимо этого, снижение давления позволяет интенсифицировать десорбцию и отвод из зоны осаждения продуктов реакции, что также способствует увеличениюскорости осаждения. Выбор рабочего давления определяется летучестью элементов А и В и свойствами осаждаемого слоя. Пример . 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 нагревают до 370°С, затем пьедестал охлаждают до 250°С. Точность поддержания температуры составляет ±5°С. Подают селеноводород, а затем пары диэтилцинка и начинают осаждение при давлении в реакторе 0,4 мм рт.ст. Отношение концентраций диэтилцинка к селенрводороду 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 осаждения 8 мкм/мин.Коэффициент использовани 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. Подложка - сапфир. Дополнительная поверхность - цилиндрическая. Температура подложки 250°С, температура дополнительной поверхности . Давление в реакторе 1,5 мм рт. ст. Осаждают слои селенида цинка. Скорость осаждения 16 мкм/мин. Коэффициент использования диэтилцинка 0,4 П р и м е р 3 . Процесс проводят аналогично описанному в примере 1. Дополнительная поверхность - коническая. Исходные вещества - диэтилцинк и селеноводород в отношении 1:3. Подложка - сапфир. Температура подложки 250с, температура дополни дельной поверхности 350°С. Давление в реакторе 1,5 мм рт. ст. Осаждают СЛОИ селенида цинка. Скорость осаждения 14 мкм/мин. Коэффициент испол зования диэтилцинка 0,42. I . П 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 поверхность - цилиндрическая. Температура подложки , температура дополнительной поверхности 520-С. Давление в реакторе 0,4 мм рт.ст. Осаждают слои селенида цинка. Скорость осаждения 13 мкм/мин. Коэффициент использования диэтилцинка 0,4 П р и м е р 5 . Процесс проводят аналогично описанному в примере 1. Исходные соединения - диэтилцинк и теллуроводород в отношении 1:3. Тем пература подложки 550°С. Дополнительная поверхность - цилиндрическа Температура дополнительной поверхно ти 720°С. Подложка - арсенид галлия Давление в реакторе 0,4 мм рт. ст. Осаждают слои теллурида цинка. Скорость осаждения 16мкм/мин. Коэффициент использования диэтилцинка 0,0 П р и м е р 6 . Процесс проводят аналогично описанному в примере 1. Исходные соединения - диэтилц«нк и сероводород в отношении 1:3. Температура подложки 360°С. Дополнительная поверхность - цилиндрическа Температура дополнительной поверхности . Подложка - арсенид гал лия . Давление в реакторе 0,4 мм рт. Осаждают слои сульфида цинка. Скорость осаждения 7 мкм/мин. Коэффициент использования дйэтилцинка 0,25 П р и м е р 7 . Процесс проводят аналогично описанному в примере 1. Исходные соединения - диэтилкадмий и селеноводород в отношении 1:3. Те пература подложки 320°С. Дополнитель 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. Примере . 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. Температуоа подложки 330°С, температура дополнительной поверхности 436°С. Подложка - кварц. Давление в реакторе 1,4 мм рт. ст. Осаждают слой селенида цинка. Скорость осаждения 19 мкм/мин. Коэффициент использования диэтилцинка 0,49. I 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 AQR2 Д° 0,25-0,62, а также получению поликристалпических слоев с низким коэффициентом поглощения излучения с длиной волны приблиз-ительно 10,6 мкм для использования в фотоэлектронных приборах. Формула изобретения 1.Способ осаждения слоев.полупроводниковых соединений типа газовой фазы,.включающий нагрев подложки в реакторе с последуюгдим взаимодействием на ее поверхности исходных веществ при пониженном давлении, отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости осаждения поликристаллических слоез и повышения коэффициента использования исходных веществ, слои осаждают при -давлении 0,4-1,5 мм рт.ст. с введением в реактор дополнительной поверхности, которую нагреюают на 30-170с выше температурьл подложки. 2.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что, с целью повышения скорости осаждер)ия иоликристаллических слоев селенида цинка, подложку нагревают до 250-.150°С, а дополнительную поверхность нагре 10012348

вают на 100-170®С выше температусх chem. Soc . v. , 4,p.644-tподложки.647.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе2. Stutlns W. OrganometaIllc va1. Manasevit H., Simpson W. Thepor deposition of epltaxfat Zn Se

use of metafe-organlcs In the prepa 5 f|tms on ЬaAs substrates - Appi.

ration of semiconductor materlafcs.Phus. LettV 38, 1978/N 7 oct.

U-D Compounds. - J, Electro- p. 656-658 (прототип).