Спосіб одержання тонких шарів напівпровідникових нітридних матеріалів

Спосіб одержання тонких шарів напівпровідникових нітридних матеріалів лазерномагнетронним напиленням, який відрізняється тим, що імпульсне лазерне випаровування металічної мішені та конденсацію парів на підкладці здійснюють у високовакуумній магнетронній установці в схрещених магнітному і електричному полях у спеціальному квазізамкненому хімічноактивному об'ємі в атмосфері азоту (аміаку) Винахід стосується галузі тонкоплівкової напівпровідникової технологи, а саме, отримання монокристал ічних епітаксійних тонких шарів нітридних матеріалів (AIN, GaN, MgSilNb та інших) методом лазерно-магнетронного напилення Найбільш близьким до винаходу за технічною суттю є спосіб одержання тонких шарів нітридних напівпровідникових матеріалів з допомогою імпульсного лазерного напилення (G S Sudhir, H FUJII, W S Wong, С Kisielowski, N Newman, С Dicker, Z Lihental-Weber, M D Rubin, E R Weber Pulsed laser deposition of aluminum nitride and gallium nitride thin films, Appl Surf Sci, 127-129, 471, (1998)) Однак, оскільки згадані матеріали є багатокомпонентні сполуки, що мають суттєво різну пружність парів компонентів, то одержання стехіометричних плівок заданого складу становить значну технологічну складність Лазерне випаровування і конденсація плівок в умовах динамічного вакууму при температурах кристалічного росту призводить до ревипаровування легколетучої компоненти конденсату і, ВІДПОВІДНО, відхилення від стехіометрії 3 метою намагання подолати цю проблему, процес випаровування і вакуумної камери, що є крайньо небажаним для напівпровідникових матеріалів До того ж при робочих відстанях мішень-підкладка (І=2-4см) і густинах потужності лазерного випромінювання (q~108BT/cM ) конденсація шарів відбувається в присутності ІОНІВ і атомів з енергіями, які можуть перевищувати ЮОеВ, що призводить до ініціювання точкових дефектів ґратки конденсату та ВІДПОВІДНО погіршує характеристики напівпровідникових матеріалів Намагання усунути цю проблему шляхом збільшення відстані мішень-підкладка чи/і зменшення густини потужності випаровуючого лазерного імпульсу неминуче ведуть як до зменшення ефективності напилення шарів, так і до погіршення хімічної активності лазерної плазми конденсацію парів проводять у відповідному реактивному газовому середовищі, що значно покращує властивості конденсованих шарів Недоліком даного способу є те, що висока реакційна здатність лазерної плазми при цьому, з одного боку, веде до покращення стехіометрії конденсату, а з іншого - стимулює забруднення його газовими компонентами залишкової атмосфери Для вирішення вищезгаданих проблем необхідний пошук нових ефективних лазерних методів і технологічних засобів одержання вищезгаданих матеріалів, що і стало головною метою запропонованого винаходу В основу винаходу поставлена задача формування структурно однорідних монокристал ічних епітаксійних шарів напівпровідникових нітридних матеріалів, забезпечення їх стехіометричного складу та високої чистоти Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованому способі лазерне випаровування металічної мішені відбувається в схрещених електричному і магнітному полях магнетрону у спеціальному квазізамкненому об'ємі в середовищі азоту (аміаку) (PN2 =(5-7)10 2Тор) Суть винаходу пояснюється кресленням (фіг) 00 о> о> ю 59948 Лазерне розпилення матеріалу у запропонованому способі відбувається в схрещених елеісгричному і магнітному полях у високовакуумній камері 1 серійної вакуумної магнетронної установки ВНП-3 50-01 у спеціальному квазізамкненому хімічноактивному середовищі 2 Підпал розряду в магнетроні 3 в процесі напилення на підкладку 4 здійснюється під дією лазерного імпульсу Електрони, що емітуються з лазерного пароплазмового факела 5 мішені 6 захоплюються магнітним полем і здійснюють складний циклоїдальний рух по замкнутих траєкторіях поблизу поверхні мішені В результаті багатократних зіткнень електронів з атомами реактивного газу (азоту) різко збільшується ступінь іонізації плазми в околі мішені, на відміну від такої при традиційному лазерному напиленні, що підвищує хімічну активність процесу без збільшення (і навіть зменшення) енергії ІОНІВ на поверхні підкладки Використання запропонованого нами спеціального квазізамкненого об'єму дає змогу підтримувати необхідний склад газової фази в зоні конденсату, що в умовах інтенсивного обміну конденсату і газової фази дозволяє максимально наблизитися до стехіометричного складу плівок, а також створювати різні ступені перенасичення парів, і тим самим регулювати властивості конденсованих плівок 3 іншого боку, використання такого квазізамкнепого об'єму дає змогу значно знизити забруднення конденсованих плівок частинками газу залишкової атмосфери вакуумної камери, що проявляється в умовах відносно високих тисків всередині квазізамкненої камери (PN2 >10 2 Торр) по відношенню до основної вакуумної камери (Р