Спосіб виготовлення активних елементів з p-n- або n-p-переходом на основі inas-ingaas

1. Спосіб виготовлення активних елементів з p-n- або n-р-переходом на основі InAs-lnGaAs, який включає приготування насиченого розчинурозплаву індій-галій-миш'як, приведення його в контакт з лицевою стороною підкладки із арсеніду індію, вимушене охолодження системи, формування p-n- або n-р-переходів, який відрізняється тим, що приготування насиченого розчинурозплаву ідентичного складу здійснюють одночасно на двох підкладках арсеніду індію різного типу провідності, при цьому один розчин-розплав є нелегованим і виконує функцію допоміжного, другий розчин-розплав легується домішкою і виконує фу C2 2 (19) 1 3 88834 4 ного шару, внаслідок існування градієнту складу в з р-n- або n-р-переходом із заданими параметранапрямку росту шару, що в свою чергу підвищує ми. дефектність матеріалу за рахунок невідповідності Поставлена задача досягається тим, що в параметрів фаток InAs і GaAs та різкої зміни скласпособі виготовлення активних елементів з р-nду твердого розчину в області р-n-переходу в моабо n-р-переходами на основі InAs-lnGaAs, який мент легування розчину-розплаву, що унеможливвключає приготування насиченого розчинулює одержання структури з р-n-переходом із розплаву індій-галій-миш'як, приведення його в заданими параметрами. контакт з лицевою стороною підкладки із арсеніду Відомий спосіб [2] одержання структур з р-nіндію, вимушеного охолодження системи, формупереходом на основі напівпровідників типу А3В5 вання р-n- або n-р-переходів, приготування насиметодом епітаксіального нарощування шарів ченого розчину-розплаву однакового складу відбуlnxGa1-xAs в якому, як акцепторну домішку для левається одночасно на двох підкладках арсеніду гування розчину-розплаву використовують маргаіндію різного типу провідності, один розчиннець-Мn. При температурах епітаксіального виророзплав є нелегованим і виконує функцію допоміщування шарів, марганець має малий коефіцієнт жного, другий розчин-розплав легується домішкою дифузії, що приводить до створення різкого проі виконує функцію робочого, формування активнофілю концентрації дірок в області р-n-переходу і го елементу з р-n- або n-р-переходом відбувається покращення фотоелектричних властивостей одена одній із підкладок, що знаходиться в контакті з ржаних структур. робочим розчином-розплавом. Недоліком даного способу є низька якість одеОдержання при даній температурі однакового ржаного епітаксіального шару, внаслідок різкої за складом розчину-розплаву відбувається завдязміни складу твердого розчину в області р-nки розміщенню підкладок з різним типом провіднопереходу в момент легування розчину-розплаву та сті в контакті з відповідними за типом провідності підвищений рівень дефектності матеріалу при нерозчином-розплавом і витримкою їх в такому стані відповідності параметрів ґраток InAs і GaAs, що певний період часу, для кращої гомогенізації. Зміунеможливлює одержання структури з р-nна положення підкладки, що знаходилася в контапереходом із заданими параметрами. Відомо, що кті з робочим розчином-розплавом, в положення дефекти структури призводять до неоднорідного де відбувається її контакт з допоміжним розчиномрозподілу дислокацій в активній області гетерострозплавом, приводить до створення р-n- або n-рруктури. Для усунення цих недоліків використовупереходу з якісною активною областю із заданими ються способи вирощування гетероструктур з пепараметрами. рехідним буферним шаром сталого складу ln1На Фіг.1 показана схема розміщення підкладок і відповідних розчинів-розплавів в графітовій касеті yGayAs, який відділяє робочу р-n-область від дефектів, що виникають в початковий момент росту на початковий момент часу вирощування шарів. на підкладці. Дуже важливо, щоб період ґратки Графітова 1 касета містить рухомий 2 слайдер зростав у напрямку росту, оскільки в початковий в якому розміщені підкладки 4 і 6 з різним типом момент aInAs>аепітшару. У цьому випадку границя провідності, які знаходяться в контакті з відповідрозділу фаз більш стійка, і при кристалізації кожноними за типом провідності розчинами-розплавами го послідуючого шару кристалічна досконалість 3 і 5. епітаксіального шару покращується. Товщина пеНа Фіг.2 показана схема розміщення підкладок рехідного шару вибирається достатньо великою і відповідних розчинів-розплавів в графітовій касеті (30-80мкм) для того, щоб істотно віддалити робочу при створенні р-n- або n-р-переходу з якісною акр-n-область від підкладки. тивною областю. Відомий спосіб [3], вибраний в якості прототиПідкладка 6 з одним типом провідності знахопу, виготовлення структур з р-n-переходом в сисдиться в контакті з розчином-розплавом 3 іншого темі InAs-lnGaAs методом епітаксіального наротипу провідності. Підкладка 4 виконала свою задащування шарів в якому використовуються чу. підкладки InAs р-типу провідності при введенні в На Фіг.3 показана схема розміщення підкладок розчин-розплав марганцю, в якості акцепторної і відповідних розчинів-розплавів в графітовій касеті домішки. Склад розплаву для перехідного шару при закінченні процесу одержання активних елерозраховувався так, щоб у твердій фазі у ньому ментів з р-n- або n-р-переходом. концентрація арсеніду галію була більшою ніж в Запропонований спосіб реалізується наступробочих шарах. ним чином: Недоліком даного способу є низька якість одеСпочатку виготовляють дві однакових за розржаного епітаксіального шару, внаслідок різкої мірами підкладки 4n- InAs і 6 р- InAs та проводять зміни складу твердого розчину в області р-nзважування матеріалів і приготування відповідних переходу в момент легування розчину-розплаву, компонентів. Вирощування епітаксіальних шарів що унеможливлює одержання структури з р-nпочинають з того, що підкладку 4n- InAs, яка в одпереходом із заданими параметрами. ному з випадків є допоміжною, приводять в конВ основу винаходу поставлена задача розротакт з допоміжним 3n- розчином-розплавом, а підбити спосіб виготовлення активних елементів з ркладку 6р- InAs, яка в даному випадку є основною, n- або n-р-переходами в системі InAs-lnGaAs без приводять в контакт з робочим 5р- розчиномрізкої зміни складу твердого розчину в області р-nрозплавом. Початкові склади n- та р- розчинівабо n-р-переходу в момент легування розчинурозплавів 3 і 5 ідентичні. Після того, як вирощурозплаву, що забезпечить високу якість структури вання р- шару ln1-xGaxAs на основній 6 підкладці закінчено, слайдер 2 переміщують так, що основна 5 88834 6 6 підкладка знаходиться в контакті з допоміжним 3 знижують температуру на 15К з швидкістю n- розчином-розплавом, який має в даний момент 0,25К/хв. Переміщують основну підкладку з одерчасу для даної температури однаковий склад з жаним шаром n- типу провідності до контакту з робочим 5р- розчином-розплавом. По завершенню допоміжним розчином-розплавом р- типу провідпроцесу вирощування шару твердого розчину nності і проводять нарощування шару р- типу провітипу провідності, основну 6 підкладку, за допомодності із рідкої фази в процесі вимушеного охологою слайдера 2 переміщують за зону дії допоміждження з швидкістю 0,25К/хв. При зменшенні ного 3 розчину-розплаву. Такий спосіб дозволяє температури на 18К процес нарощування шару руникнути різкої зміни складу твердого розчину в типу провідності закінчується і слайдер із підкладобласті р-n-переходу і забезпечує якісне вирощуками переміщують за зону дії допоміжного розчину вання активної області структури із заданими парозплаву на основну підкладку. Таким способом раметрами. був одержаний активний елемент з n-р-переходом Запропонований спосіб використаний при вина основі твердого розчину складу ln0,92Ga0,08As/nготовленні активних елементів ІЧ-випромінювання InAs. на основі системи InAs-lnGaAs. За п.2 формули винаходу, для спрощення техПриклад 1 нології виготовлення омічного контакту до активВиготовляють підкладки n- InAs і р- InAs у виних елементів, в процесі вирощування епітаксіагляді плоскопаралельних пластин розмірами льних шарів з робочого розчину-розплаву спочатку 10x10мм2 орієнтованих в напрямку (111)В товщиформують суцільний омічний контакт до нижньої ною 250-300мкм. Підготовлені підкладки розміщусторони підкладки. При ізотермічному контакті ють у відповідні гнізда слайдера графітової касети. рівноважного розчину-розплаву з підкладкою, на Основною підкладкою в даному випадку служить початковій стадії епітаксіального вирощування, р- InAs, допоміжною підкладкою служить n- InAs. відбувається проникнення капель розчинуГотують розчини-розплави відповідно для допомірозплаву в підкладку InAs та їх переміщення до жного та робочого розплавів. Склад допоміжного нижньої сторони підкладки. В місцях виходу карозплаву містить основні компоненти в концентрапель розчину-розплаву на поверхню нижньої стоціях ln:Ga:As=89,20:0,51:10,28 (ат.%); склад роборони підкладки утворюється область у вигляді тончого розплаву ln:Ga:As=90,00:0,50:9,50 (ат.%). В кої плівки, яка в основному складається із In робочий розплав вводять марганець в кількості (індію). 0,01 (ат.%). Основну підкладку приводять в конЗа п.3 формули винаходу, для одержання витакт з робочим розчином розплавом і витримують сокоякісної активної області, із робочого розчинуїї в такому стані на протязі 30хв при температурі розплаву, до процесу легування, на лицьовій сто953К. В цей самий період часу допоміжна підкладроні підкладки вирощують перехідний шар арсеніка n- InAs знаходиться в контакті з допоміжним ду індію-галію. Усунення неоднорідного розподілу розчином-розплавом n- типу провідності. Після дислокацій в активній області з р-n- або n-рцього знижують температуру на 15К з швидкістю переходами відбувалося вирощуванням гетерост0,25К/хв. Переміщують основну підкладку з одерруктур з перехідним шаром InGaAs постійного жаним шаром р- типу провідності до контакту з складу, який відділяє активну область від дефекдопоміжним розчином-розплавом n- типу провідтів, що виникають в початковий момент росту на ності і проводять нарощування шару n- типу провіпідкладці. дності із рідкої фази в процесі вимушеного охолоЗа п.4 формули винаходу, для одержання якідження з швидкістю 0,25К/хв. При зменшенні сної активної області з р-n-або n-р-переходами, температури на 18К процес нарощування шару nлегування розчину-розплаву проводять акцептортипу провідності закінчується і слайдер із підкладною домішкою. Для одержання структур з р-n- або ками переміщують за зону дії допоміжного розчину n-р-переходами легуючою акцепторною домішкою розплаву на основну підкладку. Таким способом є цинк, кадмій або марганець. Концентрація акцепбув одержаний активний елемент з p-n-переходом торів складала 5х(1016-1018)см-3 і перевищувала на основі твердого розчину складу In0,95Ga0,05As/pконцентрацію донорів. InAs. За п.5 формули винаходу, для створення різПриклад 2 кого профілю концентрації дірок в області р-n- або Підготовлені підкладки розміщують у відповідn-p-переходів і покращення фотоелектричних влані гнізда слайдера графітової касети. Основною стивостей структур в якості легуючої акцепторної підкладкою в даному випадку служить n- InAs, додомішки використовувався марганець у концентпоміжною підкладкою служить р- InAs. Готують рації 0,01-0,16 (ат.%). Швидкість дифузії марганцю розчини-розплави відповідно для допоміжного та на порядок менша за швидкість дифузії цинку при робочого розплавів. Склад допоміжного розплаву даних умовах проведення епітаксіального виромістить основні компоненти в концентраціях щування, що забезпечує різкий профіль концентln:Ga:As=89,50:0,85:9,65 (ат.%); склад робочого рації дірок в області р-n- або n-р-переходів. розплаву ln:Ga:As=89,80:0,83:9,36 (ат.%). В робоКвантова ефективність випромінювання актичий розплав вводять марганець в кількості 0,01 вних елементів, виготовлених на основі одержаних (ат.%). Основну підкладку приводять в контакт з даним способом структур з р-n- або n-рробочим розчином розплавом і витримують її в переходами, була у 3-5 разів більша ніж одержатакому стані на протязі 40хв при температурі 953К. них відомими способами, що свідчить про якісну В цей самий період часу допоміжна підкладка рактивну областю із заданими параметрами, які не InAs знаходиться в контакті з допоміжним розчизмінювалися при серійному виготовленні даних ном-розплавом р- типу провідності. Після цього 7 88834 8 структур. Спектральний діапазон випромінювання Джерела інформації активних елементів складає 3,1-3,4мкм. [1] Зарубежная электронная техника, №19, Запропонований спосіб виготовлення активних 165, 1977, с.6-34. елементів з р-n- або n-р-переходами на основі [2] АС СССР №928942, кл. Η01L21/208, 1980. InAs-lnGaAs дозволяє одержати високоякісні шари [3] АС СССР №1433324, кл. Н01L21/208, активної області та забезпечує високу якість стру1995.01.20. ктури із заданими параметрами. Комп’ютерна верстка В. Мацело Підписне Тираж 28 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