Способ эпитаксиального наращивания полупроводниковых монокристаллов с градиентом состава Советский патент 1979 года по МПК H01L21/36 

(54) СПОСОБ ЭПИТАКСИАЛЬНСГО НАРАЩИВАНИЯ ПОЛУПРСВОДНИКОВЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ С ГРАДИЕНТОМ СОСТАВА

Изобретение относится к области технологий полупроводниковых материалов н предназначено для нспользования на предприятиях электронной промышленности. Полупроводниковые монокристаллы с изменением ширины запрещенной зоны в одном из направлений (варнзонные полупроводники) выращивают различными способами. Известные способы основаны на изменении режимов процесса выращивания из газовой фазы, например, создают переменный во времени состав газовой фазы путем перемещения в высокотемпературной зоне ампулы с загрузкой исходных материалов, содержащей два исходных вещества и смесь этих веществ между ними . Наиболее близким техническим решением является способ эпнтаксиального наращивания полупроводниковых монокристаллов с градиентом состава в одном направлении вдоль поверхности с химическим переносом .вещества через газовую фазу из близкорасположенного нсточника, имеюш.его градиент состава в одном направлении вдоль его поверхности {2|. Недостатком известного способа является невозможность получения эпитаксиальных слоев с градиентом состава в плоскости роста с хорошей структурой в случае, когда параметры кристаллической решетки наращиваемого полупроводника сильно отличаются от параметров кристаллической решетки подложки. Цель предлагаемого изобретения - повышение совершенства кристаллической структуры и морфологии эпитаксиального слоя. Для этого осуществляют перемещение источника относительно поверхности подложки путем программного, например, равномерного поступательного движения нсточника относительно поверхности подложки, начиная с подведения к подложке участка источника, обеспечиваюшего рост эпитаксиального слоя с параметрами, наиболее близкими к параметрам подложки, например, начиная с арсенида галлия при наращивании твердого раствора GaAs-GaP на подложке арсенида галлия, до момента полного перекрытия подложкой поверхности источника, после чего продолжают наращивание эпитаксиального слоя из неподвижного источника.

3

Согласно предлагаемом способу источик, состав которого изменяется вдоль поверхпости в направлении одной из координат, помещают перед началом процесса наращивания пне зоны подложки, затем наращивают переходный слой переменного состава путем перемещення источника параллельно поверхности подложки, начиная с обасти источника, из которой растет материал с параметрами крнсталлической решетки наи- jg более близкими к параметрам подложки,

Перемевдение источннка относителыга подложки осуйюствляют в 11аправле11йн, противоположном градиенту состава в источнике. После перемещения источника, т. е. после наращивания переходного слоя, имею- 15 щего градиент состава как в направлении роста, так н вдоль поверхности роста, проводят наращивание зпитаксиальиого слоя с градиентом состава поповерхности роста из неподвижного источника. При этом подложка полностью перекрывает поверхность источника .с градиентом состававдоль одной из координат.

Для дополнительного улучшения качества перед выращиванием переходного слоя на поверхность подложки можно нарастить 25 буферный слой путем увеличения размера первой зоны источника, заполненной материалом, наиболее близким по кристаллоструктурным параметрам к материалу подложки, на величину, равную по площади поверхности подложки.

Фиг. 1 иллюстрирует процесс наращивания варизонного слоя; на фиг. 2 - эпитаксиальная структура, выращенная в результате использования предлагаемого способа.

На фиг. 1 а, б приняты следующие обозначения: I - подложка; 2 - составной источник; 3 - дополнительная зона источника однородного состава (CaAs), наиболее близкого к подложке; 4 - источник переменного состава; 5 - блок-держатель источника,

На фиг. 2. изображен буферный слой.6; 40 переходной слой 7 с градиентом состава в двух направлениях; собственно варизонный эпнтаксиальный слой 8.

Таким образом, гроцесс наращивания варизонного слоя складывается из трех этапов: наращивание в течение времени TI бу- феряого слоя (фиг. 1,а); наращивание переходного слоя в течение времени тг переходного слоя переменного состава в двух направлениях из перемещающегося составного источника переменного состава (-фиг. 1,а ); 5Q наращивание собственно варизонного слоя в течение времени та из неподвижного источника переменного состава (фиг. 1,6).

Согласно предлагаемому способу выращивание эпитаксиальной структуры с градиентом состава в плоскости роста эпитак- 55 сиальногб слоя производят при использовании твердого источника с градиентом состава по поверхности, скомпоиоваииого в графитовом блоке с фрезерованным углублением

6-16389

на рабочей поверхности блока плон1адью 14x20 мм и глубиной 2 мм. Сторона 20 мм ориентирована вдоль направления, персмеН1е ия. Источник по поверхности имеет постоянный градиент 3 мол%/мм. Температура подложки - 940°С, температура источника 980°С, Реакция протекает в атмосфере водорода с парами воц.ы.

Процесс начинают с подведения к .новархноста подложки на близкое расстояние зоны источника, наиболее близкой по составу к подложке, т. е. его «арсенидного края. Скорость перемещения источника вдоль подложки составляет 15-60 мм/час. Время движения источника, оно же время паращиваиля переходного слоя - 15- 60 мин.

Как только поверхность источника с градиентом оказывается полностью перекрыта поверхностью подложки, неремещение прекращают. Далее производят процесс наращивания еобстпенно «варизоннСго слоя С градиентом состава по поверхности.

Таким образом выращены соверщенные эпитаксиальные слои с градиентом состава в плоскости роста. Рентгеноспектральные исследования на приборе YXA-ЗА подтвердили наличие градиента состава по поверхности, а также наличие градиента состав в направлении роста в переходном слое, а также изменение толщины переходного слоя.

Для сравнения необходимо отметить, что структура участков эпитаксиальной пленки .(5С градиентом состава в плоскости роста, выращенной при использовании статического источника с градиентом состава по поверхности, начиная с составов ,10 (т.е. с содержанием мол%), ухудшается с увеличением содержания gaP, ив области, соответствующей ,3 (т. е. 30 мол% gtaP), эпитаксиальный слой становится пористым, рыхлым, граница раздела подложка-варизонный слой непланарная, зубчатая. Наличие переходного слоя 1,олностью устраняет резкие переходы от кристаллоструктурных параметров подложки к параметрам варизонного слоя и ослабляет связанные с этими переходами сильные деформационные напряжения в приграничных областях подложки и эпитаксиального слоя.

Преимущества предлагаемого способа заключаются в возможности получения эпитаксиальных слоев с градиентом состава в плоскости роста с соверщенной морфологией и структурой из исходных веществ, по крайней мере, одно из которых имеет кристаллоструктурные параметры рещетки, существенно отличающиеся от параметров материала подложки, на которую производят осаждение. Предлагаемый способ npoct и надежен. Дополнительная операцияперемещения осуществляется с помощью электродвигателя РД-5 с редуктором, и не требует какихлибо существенных изменений .в конструкции и аппаратурном оформлении установки. Предлагаемый способ может быть использован на установках, пригодных для нарашивания эпитаксиальных слоев по методу сменных источников. Формула изобретения Способ эпитаксиального наращивания полупроводниковых монокристаллов с градиентом состава в одном направлении вдоль поверхности с химическим переносом вещества через газовую фазу из близкораспбложенного источника, имеющего градиент состава в одном направлении вдоль его поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения совершеиства кристаллической структуры и морфологии эпитаксиального слоя, осуществляют перемещение источника относительно поверхности подложки путем про граммного, например, равномерного поступательного движения источника вдоль поверхности подложки, начиная с подведения к подложке участка источника, обеспечивающего рост эпитаксиального слоя с параметрами, наиболее близкими к параметрам подложки, например, начиная с арсенида галлия при наращивании твердого раствора GaAs-GaP на подложке арсенида галлия, до момента полного перекрытия подложкой поверхности источника, после чего продолжают наращивания эпитаксиального слоя на неподвижйогб источники. Источникн информации, принятые во внимание при экспертизе 1.«Physica Status Solicli, 1968, 29, 3123 2.Патент США № 3291657, кл. 148-175, 23.08.66.

Й«-Г

.2