Способ получения слоев тройного полупроводникового соединения Советский патент 1985 года по МПК H01L21/265 

к

ы 4

ON Изобретение относится к технологии изготовления материалов для электронной техники, в частности к технологии создания поликристаллического слоя полупроводникового соединения .на низкоомной подложке и изготовления p-h-переходов. Изобретение может быть использовано для оптозлектронных устройс и фотоприемников излучения. . Известен способ получения слоев тройных соединений методом газотранспортных реакций с использован йода в качестве транспортера fl . Недостатком этого способа является большое содержание примеси йода (N 10 см) в полученном тройном соединении. Наиболее близким к изобретению является способ получения слоев тройного полупроводникового соединения, включающий внедрение ионов в подложку из бинарного соединения :Этот способ заключается во внед рении ионов с энергией 30 кэВ при суммарной дозе 3,5-5 раз гретую до 773 К подложку бинарного полупроводника. Однако существующий способ требует имплантации оноз на горячую п ложку, что неизбежно ведет к внедр нию в слой образующегося тройного соединения веществ, содержащихся в объеме камеры ускорителя в качестве примесных дефектов. Рещить во прос получения слоев тройных полупроводниковых .соединений на бинарн подложке путем внедрения ионов на лодную ( Т 793 К) подложку в указанной вьше работе не удалось. Это обусловлено тем, что при пр греве подложки при 723 К в вакууме течение 1800 с после имплантации ионов, необходимом для уменьшения числа радиационных дефектов криста лической структуры, образующихся п имплатации, происходило улетучивание внедряемых в кристаллы GaAs на глубину 5 нм ионов Al и Р с энергией 30 кэВ, а образование слоя нового тройного соединения не происходило. Цель изобретения - получение вы сокоомного слоя тройного полупроводникового соединения с уменьшенным содержанием примесей. Поставленная цель достигается т что по способу получения слоев тро ного полупроводникового соединения, включающему внедрение ионов в подложку из бинарного соединения, в плоскость 1120 низкоомного сульфида кадмия, находящегося при температуре 288-308 К, внедряют ионы энергией 150-250 кэВ дозой после чего производят отжиг в потоке аргона при 693-753 К в течение (6-18)«102 с. Сущность изобретения заключается в том, что низкая температура подложки при имплантации предотвращает диффузию.неконтролируемых примесей из объема камеры ускорителя в кристалл и сохраняет близкий к стехиометричному состав подложки CdS из-за малого при данной те шературе улетучивания кадмия и серы из кристаллической решетки. . Другое отличие состоит в том, что имплантированные галлием до суммарной дозы от 10 до 10 см подложки CdS подвергаются в течение (6-18)10 с отжигу при 693-753 К в потоке аргона, скорость которого у поверхности образцов может варьироваться от 0,2 до 2 м/с, а давление равно одной атмосфере. Отжиг при данных температурах необходим.для уменьшения числа радиа.ционных дефектов, образующихся при имплантации, и для улучшения кристаллической структуры слоя образующегося тройного соединения 4. П.ри Т 693 К процесс залечивания радиационных дефектов идет крайне медленно, и .поэтому требуется время отжига t 1800с. Если проводить отжиг менее .600. с, то решетка нового соединения не успеваетупорядочиться. , Для высоких температур отжига Т 753 из подложки CdS начинается улетучивание кадмия и серы, а внедренный галлий диффундирует по всему объему подложки, так что в поверхностном слое его становится недостаточно для образования . При дозах внедрения., меньших 10 см i .в любой точке подложки CdS галлия недостаточно для образования нового тройного соединения, а при дозах, больших , на поверхности подложки .образуется слой галлия, ухудшающий оптическое свойства системы CdGaj S - CdS. Использование при отжиге потока аргона исключает возможность проникновения в образующий слой 3 каких-либо примесей, неизбежно присутствующих даже в вакуум После отжига на поверхности под ложки образуется высокоомный слой CdGajS (удельное сопротивление .см) с малым содержанием примесей N 10 см, о чем свидетельствуют спектры ФЛ слоев. В спектрах ФЛ фотолюминесценции слоев тройного полупроводникового соединения проявляются лишь уровни, связанные с отклонением состава от стехиометричного, а не с примесными дефектами. Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. В могокристаллы CdS (р 102 Ом-см) в плоскость t1 при 293 К внедряют ионы галлия, обладающие энергией 250 .кэВ с суммарной дозой на единицу поверхност см.Производится отжиг прои плантированной подложки в потоке аргона при 723 К в течение 1200 с При этом на поверхности подложки образуется слой ( Ом ТОЛ1ЦИНОЙ 50 нм. 74 Пример2. В плоскость 1120 низкоомного CdS (р-Ю ). при 288 К внедряют ионы с знергией 250 кзВ и дозой Затем производится отжиг образцов в потоке аргона при 753 К в течение 1800 с. Высокоемный слой на подложке CdS имеет толщину 50 нм. П р им е р 3. На плоскость 1120 низкоомного CdS (р. 10 Ом.см) при 308 К внедряют ионы Оа с э.нергией 150 кэВ и дозой Затем проводят отжиг образцов в потоке аргона при 693 К в течение 600 с. Высокоомный слой. CdGa2 S4 (р Ш Ом-см) на подложке CdS имеет толщину 30 нм. Пример4. На плоскость 1120 низкоомного CdS (р 10 Ом ч:м) внедряют ионы Ga, разогнанные на ускорителе до энергии 150 КэВ при дозе см . После отжига в потоке аргона при 723 К в течение 900 с на подложке CdS образуется высокоомный слой CdGajp S ( р-I О Ом - см) толщиной 30 нм. Дополнительные примеры реализации предложенного способа представлены в таблице.

Продолжение таблицы

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЕВ ТРОЙНОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ, включающий внедрение ионов в подложку из бинарного соединения, отличающийся тем, что, с целью получения высокоомного слоя соединения с уменьшенным сод ержанием примесей, в плоскость 1120 низкоомного сульфида кадмия, находящегося при температуре 288308 К, внедряют ионы Ga с энергией 150-250 кэВ дозой .10см, после чего производят отжиг в потоке аргона при 693-753 К в течение

Примеры реализации способа полу. чения слоя тройного полупроводникового соединения путем внедрения ионов Ga в подложку бинарного соединения CdS при различных условиях обработки (наличие слоя соединения CdGa2 3 определялось по спектрем фотолюминесценции поверхности обработанных по указанному способу подложек CdS. Т.. 80 К).

Использование предложенного способа позволит получить высокоомные слои нового тройного полупроводникового соединения на низкоомной полупроводниковой подложке, что очень важно при изготовлении активных элементов, используемых в оптоэлектронике. Предложенный способ обеспечивает следующие технико-экономические преимущества по сравнению со способом получения слоев тройного соединения CdGa методом газотранспортных реакций:

а) возможность получения поликристаллического слоя с малым ,держанием примесей (N 110 в то время как количество примесей в слоях, полученных по известному способу, составляет

б)надежное сохранение совершенства кристаллической структуры подложки благодаря использованию низких температур в предлагаемом способе (Т 753 К), в отличие от 1473 К в известном объекте-,

в)возможность регулирования толщины слоя нового соединения от

30 нм до 50 нм и наличие резкой границы между слоем и подложкой GdS, что значительно повышает качество активных элементов оптоэлектроники, изготовленных согласно предпагаемому способу.