Спосіб епітаксійного нарощування шарів арсеніду галлію

Винахід відноситься до способів рідиннофазової епітаксії, зокрема, до методів одержання структур арсеніду галію для дискретних напівпровідникових приладів. Відомий спосіб одержання напівпровідникових структур AIIIBV, включаючий приготування розчинурозплаву, який містить додатково індій, контактування підкладки та розчину-розплаву при температурі початку епітаксії і примусове охолодження. Даний спосіб дозволяє значно понизити температуру початку епітаксійного нарощування та знизити залишкову концентрацію домішок у шарах. Однак, при цьому знижується якість нарощуваних шарів при одержанні твердих розчинів AlxGa1-xAs (Mapoнчук Э.Е., Неворов В.П., Сушко Б.И. Кристаллизация эпитаксиальных слоев арсенида галлия из раствора-расплава при низких температурах. - В сб.: Технология полупроводниковых приборов. - Таллин: Валгус, 1982. - С.122 - 126). Інший відомий спосіб спрямований на підвищення якості таких структур. Спосіб полягає в приготуванні розчину-розплаву з домішкою індію 70 - 90ваг.% при температурі початку епітаксії у діапазоні 773 - 973К (Авт. св. СССР №893080, кл. H01 21/208). Відомий спосіб одержання епітаксійних шарів, наведений в роботі (Марончук Ю.Е., Якушева Н.А. Получение эпитаксиальных слоев арсенида галлия из висмутового раствора-расплава. // Известия АН СССР "Неорганические материалы". - 1984. - Т.20. - №1. - С.13 - 16). Суть даного способу полягає у наступному: при приготуванні розчину-розплаву використовували вісмут і нелегований GaAs з концентрацією вільних електронів при кімнатній температурі (5 - 10) × 1015см-3. Кількість GaAs у розплаві розраховували по його розчинності в вісмуті. Гомогенізацію рідкої фази здійснювали при температурі початку епітаксії протягом 1 - 1,5 годин; швидкість охолодження 0,6 - 2,2К/хвил. При цьому в процесі епітаксії шари GaAs леговали германієм із вісмуту. Основний недолік наведеного способу - нарощені шари не мають достатньо високої стійкості до високоенергетичних випромінювань. Найбільш близьким до пропонуємого винаходу є спосіб епітаксійного нарощування шарів арсеніду галію із розчину в розплаві вісмуту, з використанням легуючої домішки германію (Марончук Ю.Е., Полянская Т.Д., Якушева Н.А. Кратковременная жидкофазная эпитаксия арсенида галлия из висмутового расплава. // Известия АН СССР "Неорганические материалы". - 1986. - Т.22. - №3. - С.367 - 370). Вирощування здійснювали шляхом контактування підкладки з розчином-розплавом, насиченим введенням у нього арсеніду галію, при температурі початку епітаксії та наслідуючого примусового охолодження по заданій програмі. Даний спосіб дозволяє одержувати шари n-GaAs у широкому діапазоні концентрацій легуючої домішки, завданої товщини та високої структурної досконалості, пригодні для реалізації широкого класу напівпровідникових приладів. Однак, отримуваним таким способом епітаксійним шарам присутні наступні недоліки: висока концентрація точечних дефектів, зумовлена кристалізацією н/п сполуки (GaAs) в умовах недоліку атомов галію та миш'яку на фронті кристалізації при рості із стехіометричного розчину; сильний рівень компенсації домішок із-за приблизно однакової концентрації точечних дефектів в галієвій та миш'яковій підгратках; низка стійкість до впливу високоенергетичних випромінювань, пов'язана з неприпустимо високою концентрацією комплексів вакансія миш'яку - домішка (наприклад, атом германію). Один із шляхів підвищення стійкості до впливу високоенергетичних випромінювань, як показано в наслідку наших досліджень, - зниження концентрації вакансій миш'яку; присутність дефектів росту на поверхні епітаксійних шарів, котрі з'являються із-за недоліку миш'яку на фронті кристалізації. Завданням наведенного винаходу є створення способу епітаксійного нарощування шарів арсеніду галію, який за рахунок насичення розплаву вісмуту одночасно арсенідом індію і арсенідом галію забезпечує одержання епітаксійного матеріала, з підвищеною стійкістю до дії високоенергетичних випромінювань. Поставлене завдання вирішується тим, що в пропонуємому способі розплав вісмуту насичується миш'яком шляхом розчинювання шихти арсеніду галію та арсеніду індію у співвідношенні 0,03 £ XInAs/XGaAs £ 0,21. Температура епітаксійного вирощування складає 1023 - 1203К, швидкість охолодження 0,5град./хвил. Відносно прототипу, в якому розплав вісмуту насичують при температурі початку епітаксії шихтою арсеніду галію, потім приводять підкладку в контакт з розчином-роз-плавом та здійснюють змушене охолодження, в пропонуємому способі епітаксійного нарощування додаткове введення InAs відновлює недолікмиш'яку на фронті кристалізації в процесі роста. Так як розчинність As в Bi-In-розчині вище, ніж в вісмутовому, при кристалізації це приводить до зменшення вакансій миш'яку в матеріалі шару (змінюється характер точечних дефектів). А це, в свою чергу, дозволяє одержати епітаксійні шари GaAs, стійкі до впливу високоенергетичних випромінювань. Приклади проведення процесів епітаксійного нарощування шарів арсеніду галію із розчину в розплаві вісмуту. Для проведення процесів використовували пристрій для рідиннофазової епітаксії, вміщуючий касету для підкладок та тигель. Зазори між підкладками складали 1,5мм. Матеріал підкладок напівізолюючий GaAs. Основні параметри проведених процесів та отриманої продукції, наведені в таблиці. Одержані епітаксійні шари мали дзеркальну поверхню. Рентгенівський аналіз не виявив Bi. Дослідження спектрів фотолюмінесценції показало, що енергетичне положення максимуму крайового випромінювання в шарах, вирощених із розплаву Bi, відповідало hn max шарів, вирощених із розплаву Ga-GaAs (див. таблицю, поз.3 - 4). В прикладах 1 і 5 наведені дані з погіршеними параметрами одержаної продукції із-за надлишкового (див. прикл.5) та недостатнього легування індієм (див. прикл.1). Техніко-економічні переваги нового способу в порівнянні з базовим об'єктом (спосіб-прототип) наступні: епітаксійні шари GaAs, нарощувані даним способом, володіють повищеною стійкістю до дії високоенергетичних випромінювань (рівень деградації матеріалу при дії малих доз g-випромінювання був в 1,5 - 2,0 рази вище, ніж при аналогічних випробуваннях шарів GaAs, одержаних за допомогою способу прототипу); більш висока однорідність легування домішками n-типу (Sn, Te), пов'язана з стабільністю розподілу точечних дефектів (підгратка As); покращення люмінесцентних характеристик матеріалу, відкриваючи перспективи створення оптоелектронних приладів з високими значеннями параметрів; підвищується рівень стехіометричності (k - 0,995) матеріалу епітаксійного шару, що дозволяє одержувати на основі пропонуємого способу високоомні шари GaAs для НВЧ-приладів; економічний ефект в дослідно-промисловому виробництві досягається за рахунок підвищення якості епітаксійних структур.