Способ эпитаксиального выращивания Советский патент 1978 года по МПК B01F17/06 B01J17/32 

(54) СПОСОБ ЭПИТАКСИАЛЬНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ

Изобретение относится к области технологии полупроводниковых материалов, применяемых для изготовления различных приборов электронной техни ки и лазерной оптики. Известен способ эпитаксиального наращивания слоев полупроводниковых материалов при помощи химической реа ции с переносом вещества на поверхность менее нагретой подложки от более нагретого твердого источника исходного вещества, изготовленного из кристаллического порошка (шихты) или пластины, и поверхность которого рас положена параллельно подложке на бли ком расстоянии (от сотен микрон до 2 мм) от нее. Таким способом можно получить эпитаксиальные слои с соста вом, ВОСПРОИЗВОДЯЩИМ состав ИСХОДНОГ вещества в твердом источнике. Однако использование всех признаков ЭТОГО способа не. позволяет выращивать монокристаллы с градиентом состава в плоскости роста слоея (вдоль поверхности). Известен способ эпитаксиального наращивания полупроводниковых структур, осуществляемый с помощью устрой ства, заключаклцийся в том, что в про цессе наращивания эпитаксиального слоя производят смену источников путем вращения многосекционного источника, причем зазор между источником и подложкой заполнен жидким растворителем (расплаваСо ,9П ,Bi ,РЬ) и создан температурный градиент между источником и подложкой. Известен аналогичный способ получения МНОГОСЛОЙНЫХ структур, использующий жидкие сменные источники, который однако также не обеспечивает создания :Эпитаксиальных слоев с изменением ;состава вдоль поверхности,так как одна I подложка не может быть подведена одновременно к двум и более источникам различного состава. Наиболее близким к изобретению является способ эпитаксиального выращивания полупроводниковых элементов из газовой фазы при переносе ветцества на подложку с помощью химической транспортной реакции от твердого источника, выполненного из кристаллической шихты; содержащей отдельные участки по поверхности в виде таблеток вещества, отличающихсяОТ основйого вещества источника степенью легирования или составом, на нараллельную источнику поверхность подлож ки, расположенной на близком расстоя нии от него, в условиях температурного градиента. Однако по указанному способу также нельзя вырастить эпитаксиальные слои полупроводни овых твердых растворов с градиентом состава вдоль поверхности, так как использование твердого источника из исходных веществ с отдельными локальными включе ниями иного состава либо степени легирования не обеспечивает получения эпитаксиальных слоев с воспроизводимым законом изменения состава по одному из направлений вдоль поверхности при сохранении этого же закона изменения состава в любой плоскости слоя, параллельной указанному градиенту состава. Цель изобретения - получение слое полупроводниковых твердых растворов с градиентом состава в плоскости рос та . Для этого при эпитаксиальном выра щивании слоев твердых растворов полу проводниковых соединений путем перен са исходного материала из составного источника на подложку при их параллельном расположении с зазором в пол температурного градиента, перпендику лярного подложке и источнику, источник оставляют: из параллельно расположенных полос исходного материала, имеющих дискретные составы, в порядке изменения последних соответственн требуемому градиенту состава в плоскости роста. В качестве исходного материала источника берут бинарные соединения, образующие твердый раствор, в виде порошкообразной смеси различных соетавов. В качестве исходного материала источника берут также кристаллически пластины предварительно выращенного твердого раствора различных составов Перенос исходного материала с источника на подложку ведут с исполь зованием транспортирующего газа, например увлажненного водорода или хло ристого водорода в смеси с водородом Перенос исходного материала с источника на подложку ведут также с использованием расплава, например, галлия. Пример 1. Для осуществления способа используют химический перено вещества через газовую фазу от источ ника переменного состава, который компонуют в кассете из шихты (механи ческой смеси порошковСс З и Cd6e ) крупностью зерен 0,01 - 0,015 мм из следующих составов Ccl5o,oi .)f ; Se 0,, ;Cd6o,o7 Эво з и т.д. до состава CdSo,gg Seo,«2На фиг,1 схематически показано ра положение иаточника в кассете и отно сительно подложки, на которую ведут эпитаксиальное выращивание; на фиг.2график изменения состава зон в кассете с загруженным источником вдоль одного направления его рабочей поверхности. Источник 1 располагают в кассете 2, которая установлена в блоке 3. Подложка 4 для выращивания слоя расположена в блоке 5. Оба блока располагают в реакторе параллельно друг другу с зазором. В процессе осаждения слоя с источника на подложку перенос осуществляют транспортирующим газом, например водородом, подаваемым в зазор. Источник компонуют в углублениях кассеты 2, которые имеют глубину 3 мм, 20 полосовых зон шириной 1,5 мм и общую протяженность 10 мм. Общая рабочая поверхность источника составляет 10 х 30 мм . Зоны располагают в источнике последовательно в порядке возрастания содержания Cd 5 от Cd5o,oiSeog9 . Наращивание производят на монокристаллическую подложку пТе толщиной 0,4 мм с площадью поверхности 12х х32 мм. Процесс осуществляют в токе водорода, очищенного диффузией через палладиевую мембрану, в течение 10 ч. Температурный режим у источника 730°С, у подложки - 650с. Зазор между источником и -подложкой 600 .650 мкм. В результате выращивают эпитаксиальный слой твердого раствора, который имеет монокристаллическую структуру, вдоль поверхности которой величина градиента состава ,6 мол. % мм (по содержаниюС б ). Пример 2. Для осуществления указанного способа используют источник переменного состава в одном из направлений вдоль его поверхности, параллельном условно выбранному краю. Источник скомпонован ,в кассете из поликристаллических пластин прямоугольной формы, вырезанных из слитков твердых растворов отQа As доС,а1. , где X О; 0,03; 0,06; 0,09; 0,12; 0,15 0,18. Размер пластин 20x20x2 мм. Грань пластины 20x2 мм используется в качестве рабочей поверхности соответствующей зоны источника. Собранный источник в кассете помещают в гнездо нижнего блока (блока источника). При опускании верхнего блока с подложкой, поверхность которой параллельна рабочей поверхности собранного источника, зазор между источником и подложкой (200-300 мкм) заполняют жидким галлием. Во избежание подтравливания подложки растворитель Q а насыщают Qot Ав в количестве, соответствующем объему галлия в реакционном пространстве. Процесс проводят при температуре источника ЭСО-ЭБО С и перепаде температур между источником и подложкой 50-бО°С. Продолжительность наращи- вания 2 ч. В результате выращивают эпитаксиальные слои твердого раствора ца J, А Е. ( А S с изменением соста ва вдоль поверхности. Толщина выраще ных эпитаксиальных слоев составляет 16-30 мкм, градиент состава вдоль поверхности - 1 мол.%/мм по содержанию АЕАз в твердом растворе. Предлагаемым способом могут быть выращены из газовой или жидкой фазы эпитаксиальные слои полупроводниковых твердых растворов с градиентом состава по поверхности, характеризую щиеся изменением всех физических (электрофизических, оптических, меха нических, магнитных и пр.) свойств практически в любом требуемом диапазоне, по одному направлению вдоль по верхности слоя. Способ позволяет осу ществить выращивание слоев твердых растворов с любым характером изменения состава вдоль поверхности - лине ным, нелинейным - экспоненциональным параболическим и пр., т.е. с постоян ным или переменным градиентом. Описываемый способ прост в аппара турном оформлении, так как не требуе дополнительных устройств для переме щения источника, регулирования газовых потоков и пр. Способ экономичен, так как позволяет многократно использовать один раз скомпонованный источник ( при достаточной его толщине от 1-2 мм до 1 см, в зависимости от вида используемого материала - шихта или кристаллические пластины), обеспечивая при этом полную воспроизводимость результатов. Способ универсален по применимости ,к различным полупроводниковым соедин ниям или системам, образующим непре рывные ряды твердых растворов (например Qe -5(,ОаАз-СаР, - Cd 5е и т.д.). Формула изобретения 1. Способ эпитаксиального выращивания слоев твердых растворов полупроводниковых соединений путем переноса исходного материала из составного источника на подложку при их параллельном расположении с зазором в поле температурного градиента, перпендикулярного подложке и источнику, отличающ и и с я тем, что, с целью получения слоев твердого раствора с градиентом состава в плоскости роста, источник составляют из параллельно расположенных полос исходного материала, имеющих дискретные составы, в порядке изменения последних соответственно требуемому градиенту состава в плоскости роста, 2.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что, в качестве исходного материала источника берут бинарные соединения, образующие твердый раствор, в виде порошкообразной смеси различных составов. 3.Способ по п.1, отличающий с я тем, что, в качестве исходного материала источника берут кристаллические пластины предварительно выращенного твердого раствора различных составов. 4.Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что перенос исходного материала с источника на подложку ведут с использованием транспортирующего газа, например водорода или хлористого водорода. 5.Способ по пп,1-3, отличающийся тем, что перенос исходного материала с источника на подложку ведут с использованием расплава, например, галлия.

MOKS