Способ получения полупроводниковых варизонных гетеростуктур Советский патент 1980 года по МПК H01L21/203 

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых слоев и может быть использовано при создании фоточувствительных слоев для электро- 5 фотографии и фототермопластической записи. Известно использование в качестве фоточувствительных слоев резких гетеропереходов, а также гетеропереходов с плавно меняющейся ширинойtg запрещенной зоны, которые называются варизонными структурами.

Известен способ получения вариэонных гетероструктур, по которому структуры создают жидкостной эпитаксией на подложках gaAs. Подложками служат монокристаллические пластины п-гтипа, легированные оловом до концентрации электронов 1-5 300 К и ориентирован-20 ные по кристаллографической плоскости (100) . Эпитаксиальное наращивание и легирование твердого раствора производят из жидкого раствора галлия, алюминия, мышьяка и легирующей прюие-25 си кремния при охлаждении в ТОКЕ во- . дорода LI .

Состав эпитаксиального слоя плавно изменяется в направлении роста так, что толщина запреиенной зоны уменьшается от граниды с подложкой с градиентом 0,002-0,003 эВ/ мкм. Указанный способ является сложным, трудоемким и позволяет получать варизонные пе зеходы ограниченной площади на отдельных кристаллах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения полупроводниковых варизонных гетероструктур путем термического испарения в вакууме при последовательном нанесении на подложку материалов, образующих гетероструктуру, из разных,,преимущественно.двух, испарителей t2j Варизонные гетероструктуры получают термическим испарением в вакууме путем последовательного осаждения одного или нескольких материалов на неподвижную подложку при условии частичной диффузии одного из материалов в другой, или из материала в подложку, причем на границе раздела созда-, ются за счет диффузии зоны р- и п-типа, которые выступают как выпрям,71яющие переходы в пределах 1 микрона поверхности покрытия. Степень диффузии контролируется условиями, которые устанавливают во время осаждения

слоя, в частности температурной подложки.

Однако известный способ обладает существенными недостатками. Во-пер вых, вариэонные гетеропереходы получают на ограниченных поверхностях. Во-вторых, варизонность гетероперехода создается за счет диффузии, которая является неупорядоченным процессом, в результате которого получают неравномерное распределение фотоэлектрических свойств на различных участках гетероструктуры. Со времене свойства структур также меняются.

Кроме того, последовательное напыление различных материалов, образующих гетероструктуру, удлиняет процесс получения конечного продукта и требует межоперационной вакуумизации слоев.

Целью изобретения является управление параметрами структур и улучшение их качества.

Поставленная цель достигается тем что подложку последовательно вводят в зону испарения одного из компонентов гетероструктуры, затем в зону регулируемого перекрытия молекулярных потоков, а затем в зону испарения другого компонента.

Предлагаемая совокупность приемов позволяет получать как резкие гетгеропереходы при полном разделении молекулярных потоков, так и варизонные переходы при частичном перекрытии потоков соседних испарителей.

При этом толщину варизонной области двухкомпонентной гетероструктуры задают через параметры, определяющие область перекрытия молекулярных потоков двух испарителей следующей зависимостью

О (

- de.( ,

(е /е2

J Ч|)

(,)-L

де d - толщина варизонной области; скорость конденсации материала, помещенного в первый испаритель ;

COj скорость конденсации материала, помещенного во второй испаритель ;

V - скорость движения подложки; 1 - расстояние от начала зоны

конденсации; L - длина общей зоны конденсации

двух испарителей;

f. - длина зоны конденсации первого испарителя;

2 длина зоны конденсации второго испарителя;

hj - расстояние от первого испарителя до подложки;

h - расстояние от второго испари- теля до подложки.

Регулирование толщины варизонной области гетероструктуры, образованной различными материалами, загруженными в два испарителя, осуществляют воздействием на область перекрытия моле. кулярных потоков и достигают изменением одного из параметров: геометрия испарители-подложка, скорость конденсации испаряег-йох материалов, скорость движения подложки.

0 Предлагаемый способ получения

полупроводниковых варизонных гетероструктур иллюстрируется примерами.

Пример 1, Получение полупроводниковых гетероструктур, образованных материалами AsgSeg и .

5 .Исходные материалы загружают в различные испарители, разогретые до 390°С и соответственно, которые обусловливают определенную скорость испарения. Испаряемый материал конденсируется на движущуюся подложку. Расстояние между испарителями устанавливают равным 5 см, а испарителей до подложки - 2 см. При выбранной геометрии расположения и

5 скорости движения подложки равной 3 мм/с на подложке конденсируются оба полупроводника, а толщина варизонной области структуры составляет 1,57 мкм.

п Изменяя расстояние между испарителями, регулируют зону перекрытия молекулярных потоков, и, соответственно, область варизонности. Для испарителей, установленных на расстояНИИ б см и 4 см, область варизонности имеет соответственно значения О,7 мкм и 2,5 мкм.

С увеличением варизонной области переход от одного материала к другому становится более медленным,

плавным и более резким с уменьшением варизонной области.

Величину области варизонности регулируют также взаимным расположением испарителей и подложки. Опуская

или поднимая один из испарителей или оба, тем самым, расширяют или сужают области конденсации из этих испарителей и, соответственно, изменяют область перекрытия молекулярных потоков, а, следовательно, и толщину варизонной области в получаемом, слое.

Пример 2. Получают варизонную структуру As2 Sj-AsjSe.j термичесКИМ испарением в вакууме из двух испарителей, установленных на фиксированном расстоянии друг от друга и от подложки, движущейся с постоянной скоростью. Температуры испарителей устанавливают соответственно

370С и ЗЭО-С, обеспечивая одинаковую скорость конденсации, равную 0,2 мкм/с.

Увеличением температуры второго испарителя достигают увеличения скорости испарения материала из него и тем изменяют состав паровой фазы в области смешанных молекулярных потоков, определяющий получение структур с различными варизонными облает . При скорости конденсации AsgSej, равной 0,3 мкм/с толщина слоя вари онной области составляет 1,96 мкм, при 0,4 мкм/с - i,4 мкм, при 0,8 мкм/с - 3,2 мкм. Таким образом, увеличение скорости конденсации приводит к расширению варизонной области. Пример 3. Получают варизон ную структуру термичес ким испарением в вакууме из двух ис парителей при постоянной скорости испарения, температуре испарителей и заданной геометрии расположения испарителей и подложки. При температурах испарителей 370 и получают скорость конденсац 0,2 мкм/с для испарителей, установленных друг от друга на расстоянии 5см и от подложки - 2 см. Скорость движения подложки 3 мм/с. При этих параметрах получают варизонную область в слое толщиной 1,57 мкм. Изменение скорости движения подложки обратно пропорционально толщи не получаемых слоев. Для скорости движения подложки 6мм/с, пятидесятипроцентное соотно шение компонентов гетероперехода ва ризонной области находится на расстоянии 0,93 мкм от подложки, а для скорости 3 мкм - на расстоянии 1,87 мкм. Предлагаемый способ позволяет получать гетероструктуры на протяженных поверхностях. Процесс получения конечного продукта является непрерыв ным. Кроме того, создается возможнос регулирования параметров получаемых структур непосредственно при их изготовлении. В связи с тем, что исключен процесс диффузии и связанная с ней необходимость создания определенных температурных условий, получаемые структуры характеризуются лучшим качеством, равномерным распределением параметров, стабильностью свойств во времени. Предлагаемым способом получают варизонные структуры с различными толщинами варизонной области, с одновременным регулированием ее расположения по толщине всей структуры. Данный способ позволяет также получить резкие гетеропереходы, используя одновременное напыление материалов, составляющих структуру. Формула изобретения Способ получения полупроводниковых варизонных гетероструктур путем термического испарения в вакууме на движущуюся подложку при одновременном испарении материалов, образующих гетероструктуру из разных, преимущественно двух, испарителей отличающийся тем, что, с {(елью управления параметрами структур и улучшения их качества, подложку, последовательно вводят в зону испарения одного из компонентов гетероструктуры, затем в зону регулируемого перекрытия молекулярных потоков, а затем в зону испарения другого компонента. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Царенков Б. В. ФТП, б, 921, 1972. 2.Патент Великобритании № 1302206, кл. Н 1 К, опублик. 1973 (прототип).