Спосіб отримання плівки кубічного gan на підкладці з поруватого шару gaas

Корисна модель належить до способів виготовлення напівпровідникових приладів, а саме способів епітаксіального нарощування і може знайти застосування при створенні напівпровідникових лазерів; світлодіодів, що мають робочий діапазон у ультрафіолетовій області спектру. Відомі способи виготовлення напівпровідникових плівок ІІІ-нітрідов на чужерідній підкладці [патент RU 2187172 С1Н OIL 21/20]. Технічний результат виходу виявляється в покращенні якості як буферного, так і епітаксіального шарів за рахунок зниження щільності дефектів. Однак отримані таким способом шари GaN містять як кубічну , так і гексагональну модифікації, що негативно відбивається на однорідності шарів, і, як наслідок, на якості приладів на основі цих плівок. Відомий спосіб отримання шару напівізолювального арсеніду галію [патент UA 50883 С2 Н 01 L 21/208] шляхом нарощування плівки епітаксією на підкладці з поруватого шар у Ga As із розчину-розплаву, що включає легування розчину-розплаву ітербієм та алюмінієм, а нарощування шару здійснюють в інтервалі температур 500800°С. Цим способом можна отримати шари GaN з досить високим питомим опором, але вони містять як кубічну, так і гексагональну модифікації GaN, що обмежує їх застосування при виготовленні напівпровідникових приладів. Шари GaN кубічної модифікації мають у порівнянні з G-.N гексагональної модифікації ряд переваг завдяки кубічній симетрії: кращі електричні властивості, меншу ефективну масу і тому способи отримання шарів GaN саме кубічної модифікації дуже актуальні. Відомий спосіб отримання плівок GaN кубічної модифікації на монокристалічних підкладках GaAs [М. Mi zuta, S. Fujieda, Y. Matsumoto, T. Kawamura, Jpn. J. Appl. Phys. 25 (1992) 4933.] Проте отримані таким способом плівки GaN кубічної модифікації мають низьку якість. Відомий спосіб отримання плівок GaN на порувати х шарах GaN [див. статтю Mynbaeva М., Titko v A., Kryzhanovski A., Kotousova I., Zubrilov A.S., Ratnikov V.V., Davydov V. Yu., Kuznetsov N.I., Mynbaev K., Tsvetkov D.V., Stepanov S., Cherenkov A., Dmitriev V.A. Strain relaxation in GaN layers grown on porous GaN sublayers // MRS Internet J. Nitride Semicond. Res.-1999.-V. 4.-articale N 14]. Згідно цього способу епітаксиальні плівки GaN вирощують методом хлорідно-гідридної газофазної епітаксії (HVPE) на підкладках SiC, на які нанесені тонкі шари поруватого GaN. Але таким чином отримують плівки GaN гексоганальної модифікації. Найбільш близьким є спосіб отримання плівок GaN на поруватих шарах Ga As (див. статтю "Получение кубического GaN молекулярно-пучковой эпитаксией на подложках пористого GaAs» Письма в ЖТФ, 1999, том 25, №1). За цим способом проводять обробку монокристала GaAs водним розчином HF при напрузі 8-14В в імпульсному режимі з частотою подання імпульсів 2Hz, дегазацію, випалювання продуктів взаємодії обробки GaAs, та нарощування плівки епітаксією молекулярно-пучковим методом. Але завдяки цьому способу можна отримати лише нестехиометричні плівки GaN кубічної модифікації. Нестехиометричні плівки GaN мають свої точкові дефекти, тому такі плівки мають максимум випромінювання в блакитній області спектра. Підвищення стехіометрії плівок GaN дозволяє перемістити максимум випромінювання до області високих частот, а саме до ультрафіолетової області спектра. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу отримання плівок GaN на поруватих шарах Ga As таким чином, щоби отримати плівки із переміщенням максимуму робочого діапазону частот плівок у бік високих (ультрафіолетових) частот із збереженням стабільності роботи у всьому робочому діапазоні. Поставлена задача вирішується тим, що проводять обробку монокристала GaAs шляхом електролітичного травлення та нарощування плівки GaN епітаксією. Причому епітаксію здійснюють радикало-променевим методом у два етапи: перший при температурі 720-820 К у потоці атомарного азоту, другий - при температурі 930-950 К та вакуумі 10-6мм.рт.ст. Краще, коли електролітичне травлення проводять обробкою монокристала GaAs у 30% розчині HF у воді, при проходженні крізь електроліт постійного струму густиною 5-20 мА/см 2. Краще, коли після обробки монокристала GaAs додатково проводять дегазацію та випалювання побічних продуктів обробки. Обробка монокристала GaAs електролітичним травленням забезпечує формування пор на підкладці із GaAs та підвищення ступеню мікрошорсткості її поверхні. Обробка монокристала GaAs у 30% розчині HF у воді, при проходженні крізь електроліт постійного струму густиною 5-20мА/см 2 забезпечує таке формування. Таким чином створюють поруватий, а при необхідності, і нанопоруватий шар Ga As (з розміром пор 5-10нм). Дегазація та випалювання продуктів взаємодії обробки очищують поверхню шару Ga As від газоподібних та твердих побічних продуктів та поверхневих оксидів. Нарощування плівки епітаксією забезпечує отримання плівки кубічного GaN на підкладці з поруватого шару Ga As. Здійснення епітаксії радикало-променевим методом у два етапи: перший при температурі 720-820 К у потоці атомарного азоту, др угий - при температурі 930-950К та вакуумі 10-6 мм.рт.ст. забезпечує насичення азотом та отримання плівки кубічного GaN із підвищеною стехіометрією. Таким чином вдосконалення способу отримання плівок GaN на порувати х шарах Ga As забезпечує отримання плівок з переміщенням максимуму робочого діапазону частот плівок у бік високих (ультрафіолетових) частот. Корисну модель ілюструють фотогра фії та креслення, які пояснюють реалізацію способа. Фіг.1. Морфологія поверхні поруватої підложки GaAs за результатами скануючої електронної мікроскопії. Фіг.2. Скол поруватої підложки GaAs за результатами скануючої електронної мікроскопії. Фіг.3. Скол плівки GaN за результатами скануючої електронної мікроскопії. Де: 1 - монокристал GaAs, 2 - поруватий шар Ga As, 3 - плівка GaN. Фіг.4. Спектр фотолюмінесценції плівок GaN за кімнатної температури. Де: l - довжина хвилі, нм, І - інтенсивність випромінювання, відносні одиниці. Розглянемо спосіб отримання плівок GaN на порувати х шарах Ga As на прикладі отримання плівок для виготовлення лазера. На підкладках із монокристалічного арсеніду галію GaAs 1 з орієнтацією (100), легованих цинком (NZn=6.10см -3) електролітичним травленням були отримані зразки з поруватими шарами GaAs 2 (Фіг.1, 2). Попередньо для видалення жиру підкладки монокристалічного арсеніду галію були промиті в ацетоні, пропанолі й етанолі, далі промиті в деіонізованій воді, а потім просушені в потоці надчистого N3 (99,999%). Зі зворотного боку зразків було нанесено омічний контакт (Ga-In). Як другий електрод використовувалася платина. Процес електролітичного травлення проводився у 30% розчині HF, на протязі 5хв. при проходженні крізь електроліт постійного струму 20мА/см 2. Очищення поверхні поруватого шару GaAs 2 від газоподібних та твердих побічних продуктів проводили наступним чином. Після електролітичного травлення зразки були промиті в деіонізованій воді й просушені в потоці N2, потім зразки були поміщені в камеру й нагріті у вакуумі до 320К протягом 3хв. для видалення води й інших легколетючих компонентів. Потім для видалення поверхневих оксидів зразки поруватого Ga As були нагріті до 800К у потоці Аs 4. Процес нарощування плівок GaN 3 проводився методом радикало-променевої епітаксії. Атомарний азот був отриманий із газоподібного аміаку марки 6.0 при проходженні його крізь розряд високочастотного генератору з робочою частотою 40МГц. Нарощування проводили у два е тапи: - перший за температури 750К протягом 1 години в потоці NН3. - другий за температури 940К протягом 5 хвилин без аміаку у вакуумі 10-6мм.рт.ст. (для видалення з поверхневих шарів GaAs xN1-x миш'яку й перекристалізації невпорядкованої фази GaAs xN1-x у тонкі плівки GaN кубічної модифікації). Так, згідно з результатами скануючої електронної мікроскопії (на сколі), було отримано плівку GaN 3 товщиною 1мкм (Фіг.3). За кімнатної температури у спектрі фотолюмінесценції плівок GaN відмічається інтенсивне ультрафіолетове випромінювання з максимумом 361,6нм, що свідчить про високу оптичну якість отриманої плівки GaN (Фіг.4). Результати структурного аналізу за допомогою дифрактометричних досліджень свідчать про високу кристалічну якість (напівширіна дифрактометричних піків від площини (200) кубічних шарів GaN складає 30хв.) За результатами атомно-силової мікроскопії показано, що шорсткість поверхні плівки GaN становить 20-30нм, тобто в такий спосіб поверхня плівки GaN залишається оптично гладкою. Таким чином був вдосконалений спосіб отримання плівок GaN на поруватих шарах GaAs із переміщенням максимуму робочого діапазону частот плівок у бік високих (ультрафіолетових) частот. Отримання матеріалів, що мають робочий діапазон частот плівок у області високих (ультрафіолетових) частот, до того ж економічно дешевім методом, яким є запропонований спосіб, є вирішенням однієї з найважливіших задач сучасної оптоелектроніки.