СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУРЫ (C) Советский патент 1994 года по МПК C30B19/04 C30B29/40 

Изобретение относится к технологии полупроводниковых материалов и может быть использовано, в частности, при создании фотоприемных устройств, работающих в спектральном диапазоне 1,85-2,1 мкм.

Известен способ получения эпитаксиальных структур для фотоприемных устройств в спектральном диапазоне 1,85-2,1 мкм (1). Известный способ предусматривает жидкофазную эпитаксию структур на основе ln_xGa_1-xA_SySb_1-y, изопериодных с антимонидом галлия.

Недостатком известного способа является проблематичность получения слоев n-типа проводимости с малой концентрацией носителей (n<1˙10¹⁵ см^-3) из-за высокого остаточного акцепторного фона в нелегированных эпитаксиальных слоях (р ≈10¹⁷ см^-3). Помимо этого, отсутствие полуизолирующего антимонида галлия не позволяет создать целый ряд схем, использующих указанные фотоприемные устройства.

Известен способ получения структуры ln_0,53Ga_0,47As/lnP методом жидкофазной эпитаксии (2). Известный способ позволяет получить нелегированные эпитаксиальные слои твердого раствора ln_0,53Ga_0,47As с концентрацией носителей n<1˙10¹⁵ см^-3 и создать эпитаксиальные структуры на основе ln_0,53Ga_0,47As/lnP для фотоприемников, обладающих требуемыми фоточувствительностью и другими параметрами в спектральном диапазоне 1,0-1,65 мкм.

Известный способ (2) предусматривает жидкофазную эпитаксию слоя ln_0,53Ga_0,47As при 650^оС и не позволяет получить высокую фоточувствительность структур в спектральном диапазоне 1,85-2,1 мкм.

Наиболее близок к предлагаемому способ получения структуры ln_0,53Ga_0,47As/lnP методом жидкофазной эпитаксии, включающим отжиг подложки lnP при 300± 10^оС и последующий отжиг ее под защитной пластиной lnP до температуры эпитаксии (3).

Известное техническое решение (3) позволяет получить нелегированные эпитаксиальные слои твердого раствора ln_0,53Ga_0,47As с концентрацией носителей n<1˙10¹⁵ см^-3 и создать на их основе структуры для фотоприемников в спектральном диапазоне 1,0-1,65 мкм с требуемыми параметрами при высоком качестве морфологии поверхности структур.

Известное техническое решение (3), предусматривающее жидкофазную эпитаксию слоя ln_0,53Ga_0,47As при 650^оС, не позволяет получить высокую фоточувствительность структур в спектральном диапазоне 1,85-2,1 мкм.

Цель изобретения - повышение фоточувствительности структуры ln_0,53Ga_0,47As/lnP в спектральном диапазоне 1,85-2,1 мкм.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе получения структуры ln_0,53Ga_0,47As/lnP методом жидкофазной эпитаксии, включающем отжиг подложки lnP при 300 ±10^оС и последующий отжиг ее под защитной пластиной lnP до температуры эпитаксии, и выращивание слоя ln_0,53Ga_0,47As с концентрацией носителей n<1˙10¹⁵ см^-3 из раствора-расплава, выращивание слоя ведут при 710±10^оС.

При выращивании слоя ln_0,53Ga_0,47As при температурах ниже 700^оС не удается получить высокой фоточувствительности структуры в спектральном диапазоне 1,85-2,1 мкм.

При выращивании слоя ln_0,53Ga_0,47As при температурах выше 720^оС не удается повысить фоточувствительность структуры в спектральном диапазоне 1,85-2,1 мкм по сравнению с достигаемой при выращивании слоя при 710±10^оС, однако ухудшается морфология поверхности структуры из-за повышения термического разложения подложки lnP.

Использование предлагаемого изобретения позволяет получить структуры ln_0,53Ga_0,47As/lnP с концентрацией носителей в слое твердого раствора, n<1˙10¹⁵ см^-3, обладающие высокой фоточувствительностью в спектральном диапазоне 1,85-2,1 мкм.

П р и м е р 1. Выращивают эпитаксиальный слой ln_0,53Ga_0,47As на подложке lnP ( ρ≈10⁷ ом˙см), ориентированной в (100). Исходная шихта для выращивания содержит 12.070 г индия (ИН 99,9999), 1,3758 г нелегированного арсенида индия (n≈1˙10¹⁶ см^-3), 0,5795 г нелегированного арсенида галлия (n≈6 ˙10¹⁵ см^-3) и 0,6 мг гадолиния.

Процесс проводят в графитовом контейнере пенального типа в горизонтальной системе, в атмосфере проточного водорода с точкой росы -70^оС. Скорость протока водорода через реактор 10-12 л/ч. После продувки реактора водородом (60 мин) слайдер с подложкой выводят из-под контейнера, нагревают подложку и контейнер с расплавом до 300^оС, выдерживают при этой температуре 60 мин, после чего с помощью слайдера подложку перемещают внутрь контейнера и располагают ее под защитной пластиной фосфида индия. Температуру в реакторе повышают до 750^оС, выдерживают при этой температуре 30 мин, после чего снижают температуру до 710^оС и после выдержки при этой температуре в течение 10 мин подложку переводят под ванну с расплавом.

Температуру печи снижают со скоростью 0,8 град/мин, после чего подложку выводят из-под ванны с расплавом, помещая ее под защитной пластиной фосфида индия. Охлаждают печь со скоростью 0,8 град/мин до 680^оС, после чего ее выключают и охлаждают контейнер с подложкой до комнатной температуры.

Полученный эпитаксиальный слой толщиной 9 мкм имеет, по данным локального рентгеноспектрального анализа, состав ln_0,53Ga_0,47As. Концентрация носителей в эпитаксиальном слое, по данным холловских измерений, 9˙10¹⁴ см^-3.

Слой имеет зеркальную поверхность и не содержит металлических включений на поверхности.

На поверхность эпитаксиального слоя наносят омические контакты из индия и на образцах проводят измерения спектральной фотопроводимости при 300К в спектральном диапазоне 1,65-2,2 мкм.

На чертеже показана зависимость спектральной фотопроводимости образцов структур в зависимости от длины волны (спектральная фотопроводимость при λ= 1,65 мкм принята на 1). Спектральная фотопроводимость исследованных образцов (кривая 1) в диапазоне 1,85-2,1 мкм находится на уровне не ниже 1/2 (0,75-0,5) от интенсивности сигнала на длине волны 1,65 мкм.

П р и м е р 2. Получают эпитаксиальный слой ln_0,53Ga_0,47As. Способ получения аналогичен приведенному в примере 1, за исключением того, что после выдержки подложки под защитной пластиной при 750^оС температуру в печи снижают до 690^оС, проводят выдержку при этой температуре (10 мин) и выращивание эпитаксиального слоя проводят при этой температуре в режиме принудительного охлаждения расплава со скоростью 0,8 град/мин. Исходная шихта для выращивания содержит индий (12,208 г), арсенид индия (1,184 г), арсенид галлия (0,523 г), гадолиний (0,6 мг). Подложку выводят из-под ванны с расплавом и помещают под защитной пластиной фосфида индия.

Охлаждают печь со скоростью 0,8 град/мин до 680^оС, после чего печь выключают.

Полученный эпитаксиальный слой имеет толщину 7,5 мкм, его состав, по данным локального рентгеноспектрального анализа, соответствует ln_0,53Ga_0,47As, а концентрация носителей в эпитаксиальном слое 8˙10¹⁴ см^-3.

Слой имеет зеркальную морфологию и не содержит металлических включений на поверхности.

Спектральная фотопроводимость образцов в диапазоне 1,85-2,1 мкм находится на уровне 0,5-0,13 от интенсивности сигнала на длине волны 1,65 мкм (см. фиг. 1, кривая 2).

П р и м е р 3. Выращивают эпитаксиальный слой ln_0,53Ga_0,47As. Способ получения аналогичен указанному в примере 1, за исключением того, что после выдержки подложки под защитной пластиной при 750^оС температуру снижают до 730^оС, выдерживают при этой температуре (10 мин) и выращивание слоя проводят при этой температуре в режиме принудительного охлаждения со скоростью 0,8 град/мин до 680^оС, после чего печь выключают. Состав исходной шихты - индий (12,144 г), арсенид индия (1,4427 г), арсенид галлия (0,6071 г), гадолиний (0,6 мг).

Полученный эпитаксиальный слой толщиной 10 мкм имеет состав ln_0,53Ga_0,47As с концентрацией носителей n = 8˙10¹⁴ см^-3.

На поверхности слоя имеются металлические включения, морфология поверхности неудовлетворительная.

Спектральная фотопроводимость образцов в диапазоне 1,85-2,1 мкм находится на уровне 0,75-0,53 от интенсивности сигнала на длине волны 1,65 мкм.

Использование: полупроводниковая техника, фотоприемники. Сущность: структуру (С) получают методом жидкофазной эпитаксии. Подложку InP сначала отжигают при 300 ± 10 °С, затем при температуре выше и равной температуре эпитаксии под защитной пластиной InP. Процесс эпитаксии ведут при 710 + 10°С. Получают слои Jn_0,53Ga_0,47As с концентрацией носителей n < 1·10¹⁵ см^-3 , имеющие повышенную фоточувствительность в спектральном диапазоне 1,85 - 2,1 мкм. 1 с.п. ф-лы, 3 пр., 1 ил.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУРЫ In_0,53Ga_0,47 As / InP методом жидкофазной эпитаксии, включающий отжиг подложки InP сначала при 300 ± 10^oС, затем при температуре выше или равной температуре эпитаксии под защитной пластиной InP и выращивание слоя In_0,53Ga_0,47As с концентрацией носителей n < 1 · 10¹⁵ см^-3 из раствора-расплава, отличающийся тем, что, с целью повышения фоточувствительности структуры в спектральном диапазоне 1,85 - 2,1 мкм, выращивание слоя ведут при 710 ± 10^o C