Способ получения кристаллов Советский патент 1981 года по МПК C30B1/00 C30B13/00 C30B15/00 C30B31/00 

1

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводникового материала, в частности, РЦ-х , пригодного для изготовления оптоэлектронных устройств, работающих в ИКобласти, например фотодетекторов.

ЗпуТе является одним из наиболее перспективных полупроводнико-. вых материалов, пригодных для создаиияИК-детекторов, однако его использование в этих приборах тормозится отсутствием способа изготовления кристаллов с низкой концентрацией носителей тока порядка см (77°К) .

Известен способ получения материала состава Pbjj ол минимальной концентрацией 1, 4 10 путем синтеза материала с кристаллизацией из газовой фазы в ампуле, помещенной в печь с градиентом температур. В течение нескольких суток получают кристаллы размером до 1 мм. Для снижения концентрации носителей тока кристаллы легируют кадмием путем диффузии 11 В результате получают минимальную концентрацию 2,310 см (77к)

Наиболее близким к предлагаемому является способ Г2П/ согласно которому материал легируют индием. Этот -способ состоит в выращивании эпитаксиалышх слоев методом жидкостной эпитаксии при одновременн 1 легировании индием. Получены кристаллические слои п-типа. Процесс

ведут в присутствии избытка металлического компонента, что не позволяет получать в этом случае низкую концентрацию носителей в слоях.

Целью изобретения является получемне кристаллов с концентрацией носителей тока менее 10 (77°К) для оптоэлектронных приборов ИК-области, Для этого предложено вести легирование в процессе синтеза соединения путем добавки индия в исходный материал в количестве 0,5-4 ат,% и дополнительном введении эквиатомного с индием количества теллура в прюцессе синтеза соединения или вырасшвания кристаллов.

Пример 1. Получение кристаллов методом Бриджмана составгГ

Snqie «

В кварцевую ампулу помещают навеску, содержащую РЬ 84,9479; So 10,6821 Те 63,8000; 1пТе 7,4371, что соответствует введению в Pbgg/ Те 3,92 вес.% In в виде соединения 1пТв, Проводят синтез с вибрационным перемешиванием расплава при 860°С, выдерзску ,в течение 2 ч и снижение тектературы со скоростью 30°С/ч в интервале температур 8бО-8СО-с, Затем печь выключают. Методом рентгенодифракционного анализа установлено что синтезированный материал во всем объеме является однофазньп-л и гомогенным по составу, д....

Затем синтезирован - ый материал

помещают в ампулу диаметром 15 мм и длиной 80 f-wt; , Откачанную и отпаянную ампулу помещают в печь, особенностью конструкции которой является размещение нагревателя в вакуумной камере, что обеспечивает постоянство температура процесса С;точностью .,

В первый момент арлпулу устанавливают в печи так, чтобы температура во всех точках ампулы была постоянна, затем медленно вытягивают ампулу со скоростью 0,15 мм/ч в более холодную зону, При этом происходит рост кристалла, состоящего из одного или нескольких монокристаллических блоков, часто с выходом естественной транк (100) на поверхность кристалла.

За 4-5 сут, удается вырастить кристалл длиной 20-25 мм и диаметром 15-18 мм, По.окончании процесса выргщиваЕ ия проводят гомогенизирующий отжиг в течение 2 сут, в той же печи при 500°С,

Пример 2, Получение кристаллов методом Бриджмана ,2пТе, В кварцевую ампулу помемают 25 г предварительно синтезированного РЬо,78 S по,о.5 Те и туда же добавляют 2,643 г inТе, что соответствует введению в шихту 1,393 г In, и про водят синтез вибрационным перемешиванием расплава при , выдержку течение 2 ч и снижение температуры со скоростью в интервале температур 840-800°С, Затем печь выклю-ают. Методом рентгенодифракционного а .1пиза установлено; что синтезированный материал является однофазным и гомогенным по составу,. Выращивание ведут по примеру 1, но со скоростью Of 2 Mivi/ч . Получают кристал.пы, состоящие из одного или нескольких монокрнсталлических блоков, часто с выходом естественных монокристаллических блоков, часто с выходом естест венной грани (100) на поверхность кристалла. За 4-5 сут, удается вырастить кристалл длиной 20-25 мм и диаметром 15-18 мм. По окончании процесса выращивания проводят гомогенизирующий ОТЖИГ в течение 2 сут в той же пачи при .

Пример 3. Получение монокрталлов РЬ„.э S Пр. „ Те методом горизонs i

тальной зонной плавки.

Для синтеза берут исходные компоненты, как в примере 1, но индия добавляют 0,6 ат.%. Затем синтезированный материал помещают в графитовую лодочку, которую запаивают под вакуумом в горизонтальную кварцевую ампулу, В противоположном от лодоч-ки конце ампулы размещают чистый теллур. Температура в зоне кристаллизации 860-10 С, температура теллура 350-450°С, скорость перемещения зоны 2-3 мм/ч. Процесс идет при контролируемом давлении паров теллура.

Пример 4. Получение монокристаллов Pb( , Те методом Чохральского из под флюса , при контролируемом давлении паров теллура над расплавом.

Проводят синтез материала РЬ,,,5п, Те

как указано в примере 3, затем синтезированный материал помещают в двухкамерный графитовьй) тигель, в дне которого имеются фильеры, соединяющие камеру расплава с второй камерой,

выполненной в виде отростка, в отросток помещают чистый теллур. Регулируя температуру отростка второй камеры, удается контролировать равновесное давление пара теллура над

расплавом. Температура расплава 860+10°С, температура теллура 350450 С, скорость выращивания 3-4 мм/ч.

Пример 5. Получение слоев Snar-f методом фотостимулированной газовой эпитаксии.

Метод отличается тем, что во время роста пленки поверхность подложки разогревают световым потоком до температуры эпитаксиального наращивания, а нижнюю часть подложки охлаждают для предотвращения влияния свойств материала подложки. Процесс выращивания ведут в замкнутом объеме с независимо контролируемыми источниками паров компонентов или примесей.

Материал, синтезированный по примеру 1 или 2, помещают в замкнутый кварцевый реакционный аппарат, в котором производят выращивание эпитаксиальных слоев. Аппарат снабжен отростком, в который помещают теллур, независимая температура которого во время эпитаксии составляет 300400с для обеспечения свободного теллура в зоне роста в количестве, превшиающем стехиометрический состав. Температура роста монокристаллических эпитаксиальных слоев 680-700 0,

скорость роста 100-200 мкм/ч.

Состав полученных по примерам 1-5 образцов определяют с помощью рентгеноспектрального микрозонда на установке Сошевах, концентрацию носителей измеряют по методу Холла. Во

всех случаях получают материал с концентрацией носителей 3-10 ( и подвижностью 6 2.10 cMVc (770к).

Интенсивность излучения люминесценции на порядок выше, чем у материала, получаемого известным способом. Этот факт свидетельствует о более высоком квантовом выходе и уменьшении потерь излучения. Материал стабилен в течение длительного времени, что обеспечивает воспрюизводимость параметров приборов.

На основе полученного предлагаемым способом материала изготовлены фотодетекторы, работающие в области длин волн 8-14 мкм.

Формула изобретения

Способ получения кристаллов РЬ, , где 0,18 х 0,22, путем синтеза соединения и выращивания кристаллов, легированных индием.

отличающийся тем, что, с целью получения кристаллов с концентрацией носителей тока менее 10 скг (77°К), пригодных для оптозпектронных приборов ИК-области спектра, легирование ведут в процессе синтеза соединения путем добавки индия к исходному материалу в количестве 0,5-4 ат. % и дополнительном введении эквиатомного с индием количества теллура в процессе синтеза соединения

o или выращивания кристаллов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.. Electrochem. Soc., 1973, 120, 8, 131.

2. Mater. Res ВиП, 1974, 9,

5 799-802.