Спосіб виготовлення чистих епітаксійних шарів inas

Спосіб виготовлення чистих епітаксійних шарів InAs методом рідиннофазної епітаксії, що включає використання індію як розчинника, введення в нього ітербію або гадолінію в кількості 0,002-0,003 мол. % та кристалізацію шару InAs в інтервалі температур 650-600 °С на підкладці InAs, який відрізняється тим, що в розчин-розплав індію додається алюміній в кількості 0,001-0,003 мол. %. (19) (21) u200910979 (22) 30.10.2009 (24) 10.06.2010 (46) 10.06.2010, Бюл.№ 11, 2010 р. (72) ВАКІВ МИКОЛА МИХАЙЛОВИЧ, КРУКОВСЬКИЙ СЕМЕН ІВАНОВИЧ, НІКОЛАЄНКО ЮРІЙ ЄГОРОВИЧ, КРУКОВСЬКИЙ РОСТИСЛАВ СЕМЕНОВИЧ (73) НАУКОВО-ВИРОБНИЧЕ ПІДПРИЄМСТВО "КАРАТ" 3 50362 сної моделі в розчин-розплав індію додається Аl в кількості 0,001-0,003 мол. %. Реалізація запропонованого способу пояснюється нижче приведеними експериментальними результатами по дослідженню електрофізичних властивостей шарів InAs та описом механізму очистки індієвого розчину-розплаву під впливом одночасного легування Yb (Gd) та Аl. Основними фоновими домішками в індієвих розплавах є кремній, сірка, телур, магній, кисень. Як донор, поводить себе в InAs і кисень. Залишковий кисень може потрапляти в реактор разом із воднем проте, основним його джерелом є окисна плівка яка утворюється на поверхні індію при контакті із повітрям. При температурах 650-700°С, в реакторі для проведення технологічного процесу, відбувається інтенсивне відновлення окису індію воднем, до індію та кисню. Газоподібний кисень частково розчиняється у розплаві індію і звідти потрапляє в епітаксійний шар InAs, який кристалізується. Рідкісноземельні елементи Yb (Gd), додані у розплав індію, взаємодіють із фоновими домішками кремнієм, сіркою, телуром, магнієм, киснем з утворенням малорухливих комплексів у розчинірозплаві. Тому, зменшується кількість фонових домішок, які можуть потрапляти в епітаксійний шар, що кристалізується. Наслідком цього є зменшення концентрації електронів та підвищення їх рухливості в шарах InAs. Додатково доданий у 4 розплав алюміній відіграє подвійну роль при очистці InAs: 1. Маючи високу хімічну активність він зв'язує кисень, що виділяється при відновленні окисної плівки індію, перешкоджаючи потраплянню його в епітаксійну плівку. 2. Крім того алюміній є ізовалентним елементом до індію і маючи менший ковалентний радіус у порівнянні із фоновим кремнієм, легше вбудовується в індієву підгратку епітаксійного шару InAs. При малих концентраціях він не змінює ширини забороненої зони InAs та не спричиняє зменшення рухливості. Займаючи індієві вакансії алюміній зменшує вірогідність потрапляння фонового кремнію в епітаксійний шар InAs. В результаті спільна дія рідкісноземельного елемента та алюмінію на комплекс фонових домішок в розчині-розплаві індію, є значно ефективнішою у порівнянні із дією тільки рідкісноземельного елемента. Завдяки цьому, вдається отримати некомпенсовані чисті шари InAs з рекордно високою рухливістю електронів. В таблиці приведені дані отримані на основі вимірювання концентрації та рухливості електронів в дослідних зразках n-InAs, вирощених методом рідиннофазної епітаксії із індієвих розчиніврозплавів одночасно легованих ітербієм чи гадолінієм та алюмінієм. Концентрація та рухливість електронів в дослідних зразках n-InAs Таблиця № зразка Концентрація Yb (Gd), 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 мол. % 0 0,002 0,001 0,002 0,002 0,003 0,004 0,001 0,002 0,001 Концентрація Аl, мол. % 0 0 0,001 0,0006 0,001 0,001 0,001 0,002 0,002 0,003 Вибір мінімальної кількості ітербію в розплаві зумовлений тим, що при концентраціях ітербію менших від 0,002 мол.% значення концентрації та рухливості незначно відрізняються від тієї, що приведена в прототипі. Вибір максимальної кількості ітербію в розплаві визначається тим, що при концентраціях ітербію більших від 0,003 мол. % рухливість електронів є близькою до тієї, яка досягається в прототипі, а крім того суттєво погіршується морфологія поверхні епітаксійного шару настільки, що утруднюється проведення вимірювань електрофізичних параметрів з використанням методики ефекта Холла. Вибір температурного діапазону епітаксії 650600°С визначається товщинами епітаксійних шарів Електрофізичні параметри шарів n-InAs при 77 К n, см-3 1,7 1017 1,45 1016 1,55 1016 15 7,9 10 3,2 1015 2,2 1015 5,2 1015 1,2 1016 1,3 1015 4,5 1015 , см2/В с 31200 48600 44300 92800 104500 110200 94700 57900 118700 97100 основних типів гетероструктур до складу яких входять активні шари n-InAs. Вибір мінімальної кількості алюмінію в розплаві зумовлений тим, що при концентраціях алюмінію менших від 0,001 мол. % зростання рухливості електронів в шарах n-InAs є незначним у порівнянні із прототипом. Вибір максимальної кількості алюмінію в розплаві визначається тим, що при концентраціях алюмінію більших від 0,003 мол. % вже істотно змінюється параметр ґратки InAs - утворюється твердий розчин InAlAs. Відмінність між параметрами ґратки твердого розчину InAlAs та підкладки InAs спричиняє виникнення напружень на границі розділу цих шарів. Реалаксація напружень відбувається шляхом утворення дислокацій, що проро 5 50362 стають в шар InAs легований алюмінієм. Наслідком такого процесу є зменшення рухливості електронів. Приклад конкретного виконання. Наведемо приклад виконання способу виготовлення чистих епітаксійних шарів InAs методом рідиннофазної епітаксії. В графітову касету завантажують індій, наважку арсеніду індію, ітербій або гадоліній (0,0025 мол. %) і алюміній (0,002 мол. %) та підкладку арсеніду індію n-типу провідності. Касету герметизують в реакторі, заповнюють воднем з точкою роси не гірше -70°С і нагрівають до температури 650°С витримуючи її при цій температурі не менше години для гомогенізації розчину-розплаву. Нарощування шару InAs здійснюється при охолодженні Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 6 реактора до температури 635°С згідно стандартних для рідиннофазної епітаксії процедур. В результаті отримуємо епітаксійний шар InAs з концентрацією електронів 1,0 1015 см-3 та рухливістю 2 120300 см /В с (77К). Перевагою способу є можливість формування простими засобами (введення ітербію та алюмінію у розплав індію) нелегованих епітаксійних шарів nInAs з високою рухливістю електронів. Розроблений спосіб виготовлення чистих шарів n-InAs, з високою рухливістю електронів, методом рідиннофазної епітаксії, може бути використаний для отримання епітаксійних структур для фотодіодів, світлодіодів ближнього та середнього інфрачервоного діапазону. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601