PL214049B1 - Sposób wytwarzania wielowarstwowej struktury pólprzewodnikowej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wielowarstwowej struktury półprzewodnikowej z warstwami typu Ga₁._xln_xAs_ySb₁._y wykonanej metodą epitaksji z fazy ciekłej na podłożu GaSb.

Struktury wielowarstwowe wykonane na bazie związków półprzewodnikowych A^ihB^v są znane i szeroko stosowane w detektorach, diodach elektroluminescencyjnych i w laserach półprzewodnikowych. O ile, przypadku podłoży z GaAs osadzanie epitaksjalnych warstw czynnych nie nastręcza większych trudności, to w przypadku podłoży z GaSb występuje szereg problemów. Trudności związane są głównie z niedopasowaniem sieciowym warstwy do podłoża oraz obecnością defektów rozciągłych w czynnej warstwie epitaksjalnej Ga^l^ASySb^y. Istotnym elementem procesu wytwarzania warstw epitaksjalnych jest przygotowanie powierzchni podłoży GaSb przed właściwym procesem epitaksjalnym.

Warstwy czynne ze związku Gai._xln_xAs_ySbi._y są szczególnie interesujące, ponieważ charakteryzują się mniejszą wartością przerwy energetycznej, to znaczy, że przyrządy elektroluminescencyjne z takimi warstwami mogą pracować w zakresie długości fali λ poniżej 1,8 pm.

Ze zgłoszenia patentowego P.345941 znany jest sposób poprawy jakości warstw epitaksjalnych poprzez zastosowanie czteroskładnikowej warstwy pośredniej o tym samym typie przewodnictwa co podłoże, dopasowanej sieciowo do podłoża. W sposobie tym warstwę pośrednią może stanowić czteroskładnikowa warstwa Gai._xln_xAs_ySbi._ylub czteroskładnikowa warstwa Gai._xln_xAs_ySbi__y.

Sposób ten poprawia wprawdzie jakość warstwy czynnej ale wydłuża proces technologiczny, komplikuje go, gdyż warstwa pośrednia jest również czteroskładnikową warstwą epitaksjalną. Ponadto wprowadzenie dodatkowego procesu znacznie zwiększa koszt wytworzenia struktury.

Celem wynalazku jest opracowanie względnie prostego i taniego sposobu wytwarzania czteroskładnikowej struktury Ga₁._xln_xAs_ySb₁._y na podłożu półprzewodnikowym GaSb.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że przed nałożeniem w procesie epitaksji z fazy ciekłej na podłoże z antymonku galu (GaSb) czteroskładnikowej warstwy czynnej Gai._xln_xAs_ySbi._y4półprzewodnikową płytkę podłożową najpierw utlenia się anodowo, przy czym utlenianie to prowadzi się w roztworze kwasu winowego C₄H₆O₆ w glikolu etylenowym C₂H₄(OH)₂, przy czym pH roztworu zawiera się w przedziale od 4 do 6. Następnie z płytki podłożowej usuwa się wytworzony tlenek anodowy, przy czym usuwanie to prowadzi się w temperaturze pokojowej w roztworze kwasu solnego HCI o stężeniu C_p = 5%. Po usunięciu tlenku anodowego powierzchnię płytki pasywuje się, korzystnie przez zanurzenie w 16% roztworze siarczku sodowego Na₂S w alkoholu izopropylowym C3H7OH przy czym pH_roztw = 13,1, w temperaturze pokojowej. Następnie, tuż przed procesem epitaksjalnego osadzania warstwy czynnej, usuwa się in-situ warstwę pasywującąi nakłada się w tym samym procesie czteroskładnikową warstwę czynną dopasowaną sieciowo do podłoża.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na przykładzie wykonania struktury diody elektroluminescencyjnej GaSb/Ga₁._xln_xAs_ySb₁._y/Ga₁._xAl_xAs_ySb₁._y/pGaSb. Dla wykonania struktury takiej diody płytkę podłożową z antymonku galu (GaSb) typu n zorientowaną w płaszczyźnie (100), po standardowym myciu w rozpuszczalnikach organicznych, utlenia się anodowo w roztworze kwasu winowego C₄H₆O₆ w glikolu etylenowym C₂H₄(OH)₂ przy czym pH roztworu wynosi 4. Następnie z płytki podłożowej usuwa się wytworzony tlenek anodowy, przy czym usuwanie to prowadzi się w temperaturze pokojowej, w roztworze kwasu solnego HCI o stężeniu C_p = 5% i o PH_roztw = 13,1. Po usunięciu tlenku anodowego powierzchnię płytki pasywuje się, korzystnie przez zanurzenie, w 16% roztworze siarczku sodowego Na₂S w alkoholu izopropylowym C₃H₇OH o pH_roztw - 13,1. Pasywację prowadzi się w temperaturze pokojowej.

Tak przygotowaną płytkę podłożową umieszcza się w kasecie grafitowej.

W kasecie tej umieszcza się również zbiorniki ze stopami składającymi się z odpowiedniej ilości składników tworzących związek poczwórny tj. galu, glinu, arsenu i antymonu. Później kasetę umieszcza się w rurze kwarcowej z przepływem wodoru i nasuwa się na nią piec oporowy. Z tak przygotowanej płytki, tuż przed procesem epitaksjalnego osadzania warstwy czynnej, w temperaturze T = 640°C, warstwę pasywującą usuwa się in-situ, po czym zalewa się płytkę pierwszym stopem. W trakcie powolnego studzenia następuje wzrost warstwy czynnej Ga₁._xln_xAs_ySb₁._y dopasowanej sieciowo i charakteryzującej się tym samym typem przewodnictwa co podłoże (GaSb).

Na bazie otrzymanej w ten sposób struktury bez przeszkód można wytwarzać dalsze warstwy epitaksjalne o odpowiednim składzie i domieszkowaniu, właściwe dla otrzymania struktury diody elektroluminescencyjnej. Warstwy czynne Ga^l^ASySó^y wytworzone sposobem według wynalazku

PL 214 049 Β1 charakteryzują się koncentracją nośników na poziomie 10¹⁵ cm'³, to jest co najmniej o rząd wielkości niżej niż w znanych sposobach. Dodatkowo, wytworzone heterozłącze charakteryzuje się bardzo dobrą jakością tzn. brakiem defektów rozciągłych w warstwie czynnej Ga₁._xln_xAs_ySb₁._y, co jest istotne dla właściwego działania wytwarzanego przyrządu.

Aby wytworzyć kompletną strukturę diody należy w tym samym procesie technologicznym nałożyć kolejne typowe warstwy epitaksjalne, a mianowicie warstwę ograniczającą Ga₁._xAl_xAs_ySb₁._y typu p i warstwę podkontaktowąGaSb typu p.

Dioda luminescencyjna GaSb/Ga₁._xln_xAs_ySb₁._y/Ga₁._xAl_xAs_ySb₁._y/pGaSb z tak wytworzoną warstwą czynną charakteryzuje się trzykrotnym zwiększeniem wydajności kwantowej i dwukrotnym zwiększeniem mocy promieniowania.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania wielowarstwowej struktury półprzewodnikowej typu Ga^l^ASySb^y wykonanej metodą epitaksji z fazy ciekłej na podłożu GaSb, znamienny tym, że przed nałożeniem w procesie epitaksji z fazy ciekłej na podłoże z antymonku galu (GaSb) czteroskładnikowej warstwy czynnej Gai__xln_xAs_ySbi__y półprzewodnikową płytkę podłożową najpierw utlenia się anodowo, następnie usuwa się wytworzony tlenek anodowy, po czym powierzchnię płytki pasywuje się, korzystnie metodą zanurzeniową, usuwa się in situ warstwę pasywującą i nakłada się w tym samym procesie czteroskładnikową warstwę czynną dopasowaną sieciowo do podłoża.
2. 2. Sposób wytwarzania według zastrz. 1, znamienny tym, że utlenianie anodowe płytki podłożowej GaSb prowadzi się w roztworze kwasu winowego C₄H₆O₆ w glikolu etylenowym C₂H₄(OH)₂ przy czym pH roztworu zawiera się w przedziale od 4 do 6.
3. 3. Sposób wytwarzania według zastrz. 1, znamienny tym, że tlenek anodowy usuwa się w temperaturze pokojowej, w roztworze kwasu solnego HCI o stężeniu C_p = 5%.
4. 4. Sposób wytwarzania według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnię płytki pasywuje się w temperaturze pokojowej, w 16% roztworze siarczku sodowego Na₂S w alkoholu izopropylowym C3H7OH, przy czym pH_rozt_w = 13,1.
5. 5. Sposób wytwarzania według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwę pasywującą usuwa się w temperaturze 640°C na początku procesu wytwarzania czteroskładnikowej warstwy czynnej.