Спосіб отримання різкого профілю розподілу легуючих домішок на гетерограниці ngaas/palgaas

Номер патенту: 67082

Опубліковано: 25.01.2012

Автор: Ірина Фостер

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб отримання різкого профілю розподілу легуючих домішок на гетерограниці nGaAs/pAlGaAs в температурному інтервалі 600-800 °C, що включає послідовне осадження із газової фази епітаксійного шару n+GaAs із TMGa, AsH3 та джерела n - домішки (SiH4), шару pAlGaAs із TMGa, TMAl, AsH3 та джерела домішки р-типу (DEZn), яке проводять без переривання подачі компонент в газову фазу на гетерограниці nGaAs/pAlGaAs, який відрізняється тим, що формування різкої гетерограниці здійснюється підйомом температури підкладки зі швидкістю 8-10 °C/хв на 30 ÷ 50 °C при нарощуванні шару pAlxGa1-xAs, легованого Zn.

2. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що діетилцинк (DEZn) при кристалізації шару pAlxGa1-xAs подають на підкладку після досягнення швидкості підйому температури, не меншої від 8 °C/хв.

Текст

1. Спосіб отримання різкого профілю розподілу легуючих домішок на гетерограниці nGaAs/pAlGaAs в температурному інтервалі 600800 °C, що включає послідовне осадження із газо+ вої фази епітаксійного шару n GaAs із TMGa, AsH3 та джерела n-домішки (SiH4), шару pAlGaAs із 3 щування твердих розчинів знаходиться в діапазоні 700-770 °C. Тому, при нарощуванні гетероструктур GaAs/AlGaAs, згідно з цим способом, температуру підкладки після нарощування шару GaAs необхідно підіймати на 50-70 °C Зупинка росту під час підйому температури значно погіршує границю розподілу шарів внаслідок утворення безвипромінювальних центрів рекомбінації та розмивання профілю легуючих домішок в раніше кристалізованих шарах. Отже, запропонований спосіб не завжди забезпечує оптимальні технологічні умови формування різких профілів розподілу легуючих домішок різної природи. Найбільш близьким до запропонованого способу є спосіб (В.М.Андреев, Н.А.Калюжный, В.М.Лантратов, С.А.Минтаиров. Способ получения структуры многослойного фотоэлектрического преобразователя. Патент РФ2366035 с приоритетом от 14.05.2008), згідно з яким різкий профіль розподілу легуючих домішок на гетерограниці nGaAs/pAlGaAs отримують в температурному інтервалі 600-800 °C при послідовному осадженні із + газової фази епітаксійного шару n GaAs із TMGa, AsH3 та джерела n-домішки (SіН4) шару pAlGaAs із TMGa, TMAl, AsH3 та джерела домішки p-типу (DEZn) яке, проводять без переривання подачі компонент в газову фазу на гетерограниці nGaAs/pAlGaAs. Проте, цей спосіб дозволяє формувати профіль розподілу легуючих домішок з дифузійним розмиванням, не меншим від 90нм. При формуванні квантоворозмірних структур ця величина є співмірною із товщиною шарів, що утворюють такі структури. Крім того, значне дифузійне розширення профілю розподілу різноманітних легуючих домішок зменшує різкість р-n-переходу, що погіршує його інжектуючу здатність. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб отримання різкого профілю (нерозмивання не більше від 50нм) розподілу легуючих домішок на гетерограниці nGaAs/pAlGaAs. Технічний результат досягається тим, що у способі отримання різкого профілю розподілу легуючих домішок на гетерограниці nGaAs/pAlGaAs в температурному інтервалі 600-800 °C, що включає послідовне осадження із газової фази епітаксійно+ го шару n GaAs із TMGa, AsH3 та джерела n - домішки (SiH4), шару pAlGaAs із TMGa, TMAl, AsH3 та джерела домішки p-типу (DEZn) яке, проводять без переривання подачі компонент в газову фазу на гетерограниці nGaAs/pAlGaAs, згідно з корисною моделлю формування різкої гетерограниці здійснюється підйомом температури підкладки зі швидкістю 8-10 °C/хв на 30÷50 °C при нарощуванні шару pAlxGa1-xAs, легованого Zn. Крім того, діетилцинк (DEZn) при кристалізації шару pAlxGa1-xAs подають на підкладку після досягнення швидкості підйому температури, не меншої від 8 °C/хв. Суть запропонованого способу пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 наведена експериментально одержана залежність концентрації дірок в шарах AlхGa1-хAs (х=0÷0,3) від температури кристалізації при співвідношенні елементів V та III груп Періо 67082 4 дичної системи, рівному 2,5 та витраті діетилцинку VDEZn: 1-80 моль/хв; 2-40 моль/хв; на Фіг.2 подана залежність концентрації дірок від витрати лігатури DEZn при температурі кристалізації 750 °C та співвідношенні елементів п'ятої та третьої груп V/III=3; на Фіг.3 поданий профіль розподілу елементів Si та Zn на гетерограниці nGaAs/pAlGaAs; на Фіг.4 наведений профіль розподілу елементів Si та Zn на гетерограниці nGaAs/pAlGaAs. На основі експериментальних досліджень встановлена обернено пропорційна залежність концентрації дірок від температури кристалізації в шарах AlGaAs (Фіг.1), отриманих в інтервалі температур 600-800 °C. Цей ефект є надзвичайно важливим, зважаючи на те, що при фіксованій витраті діетилцинку (крива 1 та 2) зміною температури підкладки, наприклад на 70 °C, у відносно невеликому інтервалі температур 680-750 °C, можна досягнути зменшення концентрації дірок приблизно на один порядок. Тоді, як досягається збільшення мольної концентрації діетилцинку DEZn у 9 разів (від 10 моль/хв до 90 моль/хв), вдається досягнути зміни концентрації дірок в твердих розчинах не більше, ніж у 4 рази (Фіг.2). Тому, саме ефект аномальної чутливості рівня легування шарів AlGaAs акцепторною домішкою (цинком) від температури кристалізації може бути використано для ефективного керування профілем розподілу в n-р епітаксійних структурах. Крім того, цей спосіб керування профілем розподілу легуючих домішок в епітаксійних шарах ідеально узгоджується із найбільш оптимальними умовами кристалізації як шарів GaAs так і AlGaAs. Відомо, що найбільш оптимальний з точки зору кристалізації структурно досконалих шарів GaAs є температурний діапазон 650-700 °C, а для твердих розчинів AlGaAs оптимальними є температури 730-780 °C. Для формування різкого профілю розподілу легуючих домішок, якщо одна з них є швидкодифундуючою, найбільш оптимальним способом є утворення нелегованого шару певної товщини одного із контактуючих матеріалів (GaAs чи AlGaAs). Нелегований шар повинен бути мінімальної товщини. Для забезпечення рівномірного профілю легуючої домішки в приконтактному шарі необхідно, щоб на границі розподілу нелегованого та наступного легованого шару (р-AlGaAs:Zn), концентрація була б вищою в ≈2-3 рази. Це необхідно для того, щоб за час нарощування шару p-AlGaAs:Zn цинк дифундував в нелегований приконтактний шар AlGaAs, створюючи рівномірний профіль легування. Нарощування нелегованого шару AlGaAs триває не більше 1 хвилини, при цьому формується шар товщиною приблизно 35нм. За цей час відбувається нагрів реактора і швидкість підйому наростає від 0 до ≈8-10 °C/хв. Після досягнення цієї швидкості вмикається подача діетилцинку і починається формування шару p-AlGaAs. Оскільки температура підкладок постійно зростає, то згідно з залежністю, наведеною на Фіг.1 концентрація дірок, а значить і акцепторної домішки цинку, в епі 5 таксійному шарі буде постійно зменшуватись аж до зупинки нагріву реактора. Температура реактора зростає на 30-50 °C, а далі фіксується при певному значенні аж до закінчення процесу кристалізації шару p-AlGaAs. Впродовж кристалізації легуюча домішка (Zn) рівномірно розподіляється в тонкому (≈35нм) нелегованому шарі, забезпечуючи утворення різкого профілю розподілу на границі розподілу n- та р-типу шарів, про що свідчать результати вимірювання профілів легуючих домішок кремнію та цинку (Фіг.3), визначених методом вторинної іонної мас-спектроскопії. На основі профілів розподілу легуючих домішок в епітаксійних шарах nGaAs/pAlGaAs, отриманих згідно з даним способом (Фіг.3) видно, що дифузійне розмивання обох областей не перевищує 45нм, що є значно кращим результатом, ніж для профілю (Фіг.4) цих же домішок в епітаксійних структурах, отриманих типовим способом (згідно з найбільш близьким способом до запропонованого), де дифузійне розмивання обох областей досягає 90нм і більше. Вибір мінімальної швидкості підйому температури зумовлений тим, що при менших швидкостях підйому градієнт концентрації цинку в епітаксійному шарі pAlGaAs є невеликий і тому введеної кількості атомів цинку в приконтактну ділянку буде недостатньо для формування різкого профілю легуючих домішок. Швидкості підйому більше від 10 °C/хв важко забезпечити апаратним способом на типових установках МОС-гідридної епітаксії. Вибір інтервалу підйому температури підкладки визначається тим, що при підйомі температурі менше ніж 30 °C досягається зниження концентрації дірок в епітаксійному шарі pAlGaAs менше ніж на півпорядку, що є недостатнім для формування різкого профілю розподілу цинку. Якщо інтервал підйому перевищує 70 °C, то час підйому температури при швидкості 10 °C/хв становитиме приблизно 7хв. За цей час може бути сформований епітаксійний шар AlGaAs товщиною понад 245нм з градієнтним розподілом цинку. Ця товщина шару є співмірною із шарами тунельних діодів чи інших активних шарів багатьох типів гетероструктур, що робить недоцільним застосування запропонованого способу для кристалізації епітаксійних структур GaAs/AlGaAs з тонкими активними шарами. Спосіб дозволяє сформувати різкий профіль розподілу домішок різної природи з розмиванням на гетерограниці nGaAs/pAlGaAs не більше 50нм підйомом температури реактора зі швидкістю 810 °C/хв на 30÷50 °C. Приклад конкретного виконання способу. На підкладку nGaAs орієнтації (100), розорієнтовану від напрямку (100) в бік напрямку (011) на 2°, діаметром 50нм, леговану оловом, послідовно нарощувались епітаксійні шари nGaAs та pAl0,25Ga0,75As методом MOCVD в реакторі установки МОС-гідридної епітаксії Discovery 180 LDM при пониженому тиску 100±10мбар. Для формування 67082 6 газової фази використовували такі джерела елементів III та V груп періодичної системи Менделєєва. Як елементи III групи використовувались металоорганічні сполуки TMGa (триметилгалій), ТМАl (триметилалюміній). Металоорганічні джерела знаходились в термостатах, де підтримувалась температура 1,0 °C та 17 °C відповідно з точністю ±1 °C. Джерелом елемента п'ятої групи служив арсин АsН3. джерелом донорної легуючої домішки (n-типу) була 5 % - на суміш моносилану з воднем. Джерелом акцепторної домішки (р-типу) служив діетилцинк (DEZn). Випаровувач з DEZn розмішувався в термостаті, де підтримувалась температура 17±1 °C. Як газ носій для переносу компонент газової суміші в реактор установки використовувався водень. Підтримання потоків газових сумішей здійснювалось з точністю ±2 %. Для попередження термокорозії підкладки в реактор, після досягання підкладкою температури 450 °C, подавався потік -4 арсину з швидкістю 3,0·10 моль/хв. Кристалізація першого шару nGaAs починалась при температурі 680 °C. При цьому співвідношення мольних часток елементів п'ятої та третьої груп становило AsH3/TMGa=0,1. Далі для нарощування шару твердого розчину p-Al0,25Ga0,75As вимикалась подача донорної легуючої домішки SiH4 і вмикалась подача в реактор триметилалюмінію. Осадження шару твердого розчину здійснювалось при мольному співвідношенні (в газовій фазі) атомів третьої групи TMGa/(TMGa+TMAl)=0,75 і мольному співвідношенні атомів п'ятої і третьої груп AsH3/(TMGa+TMAl)=50. В момент початку кристалізації твердого розчину включався підйом температури реактора. Після досягнення швидкості підйому не менше 8 °C/хв вмикалась подача в реактор суміші водню з діетилцинком. Співвідношення мольних часток DEZn та атомів третьої групи становило 0,06 і підтримувалась постійним впродовж всього періоду нарощування шару рAl0,25Ga0,75As. Температура в реакторі підіймалась до 750 °C і підтримувалась на цьому рівні до завершення нарощування шару. Кристалізацію закінчували вимиканням всіх джерел елементів третьої групи та легуючих елементів, крім арсину, який подавався в реактор до досягнення температури 450 °C. В результаті на поверхні підкладки nGaAs кристалізувалась двошарова епітаксійна структура nGaAs:Si/p-Al0,25Ga0,75As:Zn з різким профілем розподілу домішок. Розмиття профілів легуючих домішок n- та р-типу провідності не перевищувала 45нм, що свідчить про високу різкість p-n-переходу (Фіг.3). Перевагою способу є можливість формування простим апаратним способом (керованим підйомом температури) різкого профілю розподілу легуючих домішок на границі розподілу шарів nGaAs та pAlGaAs, з розмиванням на гетерограниці на більше від 50нм, в складі будь-яких епітаксійних структур, таких як діодні, транзисторні, тиристорні тощо. 7 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 67082 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for obtaining a well-defined doping profile on hetero-boundary ngaas/palgaas

Автори англійською

Iryna Foster

Назва патенту російською

Способ получения резкого профиля распределения легирующих примесей на гетерогранице ngaas/palgaas

Автори російською

Ирина Фостер

МПК / Мітки

МПК: H01L 31/18

Мітки: отримання, домішок, різкого, легуючих, спосіб, профілю, гетерограниці, розподілу

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/4-67082-sposib-otrimannya-rizkogo-profilyu-rozpodilu-leguyuchikh-domishok-na-geterogranici-ngaas-palgaas.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб отримання різкого профілю розподілу легуючих домішок на гетерограниці ngaas/palgaas</a>

Подібні патенти