Устройство для электрожидкостной эпитаксии Советский патент 1983 года по МПК C30B19/06 

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может найти применение при создании сложных полупроводниковых структур и приборов. Иавестно устройство для электрожидкостной, эпитаксии гетероструктур на основе Ga As, включающее основание, установленные на нем подложкодержатель и емкость для раствора-рас плава, снабженные токоподводами. Один токоподвод к подложке выполнен в виде трехслойной структурьа, размещаемой на графитовом основании и сос тоящей из танталловой фольги толщиной -порядка 50 мкм, покрытой с двух сторон слоями галлия толщиной порядка 150 мкм. Это устройство позволяет обеспечить однородный контакт к подложке и, следовательно, однородное распределение тока по площади послед ней, в свою очередь приводит к получению однородного по толщине и составу кристаллизуемого слоя Д. Однако данное устройство не позво ляет получать слои с изменяющиеся по поверхйдсти составом, .что ограничивает возможность его применения. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для электрожидкостной эпитаксии тверддых растворов III-V, включающее основание, установлен- ные на нем подложкодержатель и емкость для раствора-расплава, снабженные токоподводами. Один токоподвод к подложке выполнен в виде трехслойной структуры, размещенной на.графитовом обновании и состоящей из танталловой фольги, покрытой с двух сторон слоям галлия. Эта структура позволяет обес . печить однородный контакт к подложке и, следовательно,однородное распределение тока по ее площади. Второй токоподвод выполнен в виде графитово го блока, . закрепленного на ди.электрическом контейнере, С помощью извести ного устройства получены эпитаксиаль ные слои. Сац)( А1)Лз со стабилизацией состава вдоль направления роста на расстоянии уже порядка 10 мкм от подложки. С ростом плотности тока проис ходит уменьшение концентрации наиболее тугоплавкого компонента (алюминия), при этом слои имеют однородное распределение -состава по поверхности 23 . , Однако известное устройство не позволяет получать структуры с изменением состава по поверхности слоя, что ограничивает возможности его применения. Цель изобретения - изменение сос.тава по поверхности- слоя, Поставленная цель достигается тем, что устройство для электрожид,костной эпитаксии твердых растворов III-V, включающее основание, установленные на нем подложкодержатель и ем кость для раствора-расплава, снабженные токоподводами, снабжено уста, но1вленным и торце токоподвода подложкодержателя диэлектрическим вкладышем. При этом ,с целью получения слоев с увеличивсзющейся к центру концентрацией более тугоплавкого компонента, вкладыш выполнен в форме цилиндра, диаметр которого меньше диаметра.токоподвода подложкодержателя. .Кроме того, с целью получения слоев с уменьшающейся концентрацией более тугоплавкого компонента, вкладыш выполнен в форме цилиндра с отверстием в центре и диаметром, равным диаметру токоподвода.Наличие диэлектрического вкладыша позволяет создат неоднородный контакт к подложке - токоподвод тем самым осуществляют лишь к участкам, находящимся вне вкладыша. Это в свою очередь позволяет перераспределить рабочий ток по площади подложки и, следовательно,-получить изменение состава по поверхности слоя, В частности, для достижения дополнительных целей токоподвод осуществляют к подложке с помощью кольцевого либо точечного контактов. На фиг,1 показано устройство для электрожидкостной эпитаксии слоев твердых растворов III-V с увеличивающейся к центру концентрацией более тугоплавкого компонента; на фиг,2 то же, с уменьшающейся к центру концентрацией более тугоплавкого компбнента} на фиг.З - -распределение более тугоплавкого компонента по поверхности слоя, получаемого в устройстве, изображенном на фиг.i; на фиг.4распределение, получаемое в устройстве, изображенном на фиг,2, Устройствр состоит из основания 1, установленного на нем подложкедержателя 2 и емкости 3 для раствора-расплава. Токоподвод к раствору-расшхаву осуществляют с помощью графитового блока 4, Токоподвод к подложке 5 осущест.вляют через отверстия б, образованные цилиндрическим диэлектрическим вкладышем 7. Устройство работает следующим образом, I Через графитовое основание 1 и блок 4 к устройству прикладывается напряжение;, под действием которого в рабочем ое)Ъеме емкости 3 для раствора-расплава, куда помещен раствор-расплав, протекает постоянный электрический ток, вызывающий электромиграцию компонентов раствора-раоплава и эффект Пельтье на границах раздела подпожка раствор-расплав и подложка - токоподвод, приводяйше к кристаллизации на поверхности подложки 5 эпитаксиального слоя с изменяющимся . по поверхности слоя составом.

Пример. Рассмотрим подробнее работу устройства на примере получения конкретной структуры А1 Ga As/Ga As. Устройство для электрожидкостной эпитаксии твердых растворов III-V включало графитовое основание (графит МПГ-6) , установленный на нем подложкодержатель из пиррлитического бррнилита и емкость для раствора-расплава из борнилита. Диаметр рабочего объегма равняется 6 мм. Подложки n-Ga As имели толщину 500 мкм, диаметр 10 мм, концентрацию носителей 1-2-10 и ориентацию рабочей стороны (III) А. Диэлектрический вкладыш из пиролитического борнилита укреплялся под подложкой в графитовом основании.Для получения слоев с увеличивающейся к центру концентрацией более тугоплавкого компонента диаметр составляет 4 мм, высота 8 мм, а для создания слоев с уменьшающейся к центру концентрацией более тугоплавкого компонента диаметр - 6 мм, а отверстие в центре цилиндра имеет диаметр 2 мм и высоту 8 мм,

Для проведения процесса эпитаксии в рабочий объем контейнера загружали навеску псшупроводниковых материалов Ga, GaAs и Al (C/vg М,б.10- мол. долей, 4-102 мол. долей) и подложку. Устройство помещали в; реактор, через который пропускали поток водорода, очищенного диффузией через палладий, и систему нагревали до 860 С/при которой выдерживали в течение 2ч для насыщения раствора- . расплава. После этого подложку перемещали под рабочий объем и через

систему пропускали постоянный электрический ток. реличиной до 10 А, за счет чего на подложке происходила кристаллизация эпитаксиального слоя. По окончании процесса роста растворрасплав удаляли ,с подложки и систему охлаждали до комнатной температуры. Полученные слои Ga.;jAljiAs ;исследовали метйдом рентгеноспектрального микроанализа, который позволял определить химический состав. Вторичную проверку проводили путем снятия спектров фотолюминисценции, снятых с соответствующих участков поверхности, из которых путем пересчета через ширину запрещенной зоны

5 определяли состав. Эпитаксиальные слои имели радиально изменяющийся по площади состав растущего слоя. Эти слои получены при Т , величине тока 8А, высоте раствора-расплава

0 3 мм. Результаты на фиг.З показывают увеличение к центру концентрации алюминия для случая вкладыша диамёт-( ром меньшим диаметра токоподвода подложкодержателя, а на фиг.4 5уменьшение к центру концентрации алюминия для вкладыша с отверстием в центре.

Таким образом, как видно из представленных кривых, подтверждается

0 ранее не.известный эффект радиального изменения состава по поверхности слоя, а именно с увеличивающейся и уменьшающейся кцентру концентрацией более тугоплавкого компонента при

5 использовании данного устройства для электрожидкостной эпитаксии твердых растворов III-V.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОЖИДКОСТНОЙ ЭПИТАКСИИ твердых растворов HI-V, включающее основание, установленные на нем подложкодержатель и емкость для раствора-расплава, снабженные токоподводами, о т л и ч а ю 1Д е е с я тем, что, с целью изменения состава.по поверхности слоя, оно снабжено установленным в торце токоподвода подпожкодержателя диэлектрическим вкладышем. 2.Устройство по п.1, отличаю- щееся тем, что, с целью получения слоев с увеличивающейся к центру концентрацией более тугоплавкого компонента, вкладыш выполнен в форме цилиндра, диаметр которого меньше диаметра токоподвода подпожкодержателя. 3.Устройство по И.1, о т-л и чающееся тем, что, с целью о получения слоев с уменылакядейся к (Л центру концентрацией более тугоплавкого компонента, вкладыш выполнен.в форме цилиндра с отверстием в центре и диаметром,.равным диаметру токоподвода. ел х о Е:О

-г.О -f.5 -to -0,5 0 0,3 7,0 f,S г,О /P.AV/

фиг.З

Al ffo/r. оли

dis

,6 -1.5 -to -0,5 О Q5 f.O r,5 2,0 K.ftft

фиг..

/« / /

У