RU2602123C1 - СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЁВ CdxHg(1-x)Te p-ТИПА ПРОВОДИМОСТИ - Google Patents
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЁВ CdxHg(1-x)Te p-ТИПА ПРОВОДИМОСТИ Download PDFInfo
- Publication number
- RU2602123C1 RU2602123C1 RU2015156895/05A RU2015156895A RU2602123C1 RU 2602123 C1 RU2602123 C1 RU 2602123C1 RU 2015156895/05 A RU2015156895/05 A RU 2015156895/05A RU 2015156895 A RU2015156895 A RU 2015156895A RU 2602123 C1 RU2602123 C1 RU 2602123C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- epitaxial layers
- temperature
- epitaxial layer
- epitaxial
- annealing
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000003708 ampul Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 6
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 abstract description 18
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 12
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 abstract description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000661 Mercury cadmium telluride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000012776 electronic material Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/46—Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
- C30B19/02—Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux
- C30B19/04—Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux the solvent being a component of the crystal composition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B33/02—Heat treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02551—Group 12/16 materials
- H01L21/02562—Tellurides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02568—Chalcogenide semiconducting materials not being oxides, e.g. ternary compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0296—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe
- H01L31/02966—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe including ternary compounds, e.g. HgCdTe
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/024—Group 12/16 materials
- H01L21/02411—Tellurides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/02417—Chalcogenide semiconducting materials not being oxides, e.g. ternary compounds
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии материалов электронной техники, а именно к способам получения эпитаксиальных слоев полупроводниковых твердых растворов CdxHg1-xTe для изготовления на их основе фотовольтаических приемников инфракрасного излучения. Способ получения эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe р-типа проводимости включает выращивание эпитаксиального слоя CdxHg1-xTe с химическим составом в интервале от х=0,19 до х=0,33 мольной доли теллурида кадмия методом жидкофазной эпитаксии в запаянной кварцевой ампуле из раствора-расплава на основе теллура при температуре 500÷515°С и in situ отжиг эпитаксиального слоя в парах шихты, из которой он был выращен, сначала при температуре 350÷370°С в течение 1÷2 ч, а затем при температуре 200÷240°С в течение 20÷24 ч. Техническим результатом изобретения является воспроизводимое получение эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe р-типа проводимости с концентрацией носителей заряда (0,5÷2,0)×1016 см-3 при 77К с высокими значениями подвижности носителей заряда и однородным распределением электрофизических характеристик по толщине эпитаксиального слоя, а также сокращение времени производства эпитаксиальных слоев. 1 табл.
Description
Изобретение относится к технологии материалов электронной техники, а именно к способам получения эпитаксиальных слоев полупроводниковых твердых растворов CdxHg1-xTe р-типа проводимости, используемых для изготовления фотовольтаических приемников инфракрасного излучения, которые находят широкое применение в медицине, строительстве, экологическом мониторинге, пилотажно-навигационных системах, в космической технике и во многих других отраслях экономики.
Наибольший практический интерес представляют твердые растворы CdxHg1-xTe в интервале химических составов от х=0,19 до х=0,33 мольной доли теллурида кадмия. На основе CdxHg1-xTe этих составов изготавливают фотоприемники с областью спектральной чувствительности 3÷5 мкм и 8÷12 мкм, что соответствует окнам прозрачности атмосферы. При этом к электрофизическим характеристикам эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe р-типа проводимости выдвигаются следующие требования: концентрация носителей заряда при 77К р=(0,5÷2,0)×1016 см-3, подвижность носителей заряда µp при 77К для составов вблизи х=0.2 не менее 450 см2 В-1 с-1, а для составов вблизи х=0,3 не менее 300 см2 B-1 c-1.
Одним из самых распространенных способов получения эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe является жидкофазная эпитаксия (ЖФЭ) из растворов-расплавов на основе теллура при температурах проведения процесса 460÷520°С. Нижняя граница температурного интервала ограничивается высокой вязкостью раствора-расплава из-за близости к температуре кристаллизации чистого теллура, что приводит к существенным трудностям при удалении остатков жидкой фазы с поверхности выращенного эпитаксиального слоя. Верхняя температурная граница лимитируется возрастанием давления паров ртути над раствором-расплавом с повышением температуры, что приводит к необходимости использования закрытой эпитаксиальной системы либо к применению специальных технических приемов по предотвращению испарения ртути из раствора-расплава и поддержанию постоянства его состава при использовании открытых или квазигерметичных эпитаксиальных систем.
Эпитаксиальные слои CdxHg1-xTe, выращенные из раствора-расплава на основе теллура при температурах 460÷520°С, проявляют р-тип проводимости с концентрацией дырок p=(1,0÷3,0)×1017 см-3 и их подвижностью µp=(150÷200) см2 В-1 с-1 при 77К в зависимости от состава эпитаксиального слоя, что является следствием насыщения материала двукратно заряженными вакансиями ртути, которые являются в CdxHg1-xTe акцепторами. Для достижения электрофизических характеристик, определяющих пригодность эпитаксиальных слоев для изготовления фотодиодов, их подвергают термообработке с целью уменьшения концентрации вакансий ртути, растворенных в материале.
Известен способ получения эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe р-типа проводимости методом ЖФЭ из растворов-расплавов на основе теллура, в котором требуемые электрофизические характеристики слоев достигаются отжигом в насыщенных парах ртути при температурах 300÷350°С (Castro С.А., Tregilgas J.H. Recent developments in HgCdTe and HgZnTe growth from Те solutions. Journal of Crystal Growth, vol. 86, 1988, p.p. 138-145).
В таких условиях отжига атомы ртути диффундируют от поверхности вглубь образца и заполняют избыточные вакансии в катионной подрешетке вплоть до достижения равновесной концентрации вакансий, соответствующей ртутной границе области гомогенности твердого раствора CdxHg1-xTe.
Недостатками способа являются:
- проведение самостоятельных технологических операций выращивания и отжига эпитаксиальных слоев ограничивает производительность способа;
- изменение химического состава приповерхностной области эпитаксиальных слоев в условиях отжига в насыщенных парах ртути;
- ухудшение качества поверхности эпитаксиальных слоев в результате образования на поверхности островков жидкой фазы при взаимодействии CdxHg1-xTe с насыщенным паром чистой ртути.
Известен способ изготовления полупроводникового детектора инфракрасного излучения на основе А2В6, составной частью которого является способ получения эпитаксиального слоя CdxHg1-xTe р-типа проводимости методом ЖФЭ из раствора-расплава на основе теллура с последующим отжигом в вакуумированной кварцевой ампуле при температуре 200°С в течение 20 часов (патент США №5535699, МПК С30В 19/04, опубл. 07.04.1995 г.).
Недостатками способа являются:
- проведение самостоятельных технологических операций выращивания и отжига эпитаксиальных слоев ограничивает производительность способа;
- необходимость прецизионного контроля свободного объема ампулы, в которой проводится отжиг, иначе возможна деградация поверхности образца за счет распада твердого раствора CdxHg1-xTe, вызванного испарением ртути в объем ампулы.
Известен способ получения эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe р-типа проводимости методом ЖФЭ для инфракрасных фотоприемников. Способ включает проведение процессов выращивания эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe на подложку Cd0,96Zn0,04Te из растворов расплавов на основе теллура при температуре 500÷515°С методом ЖФЭ в запаянной кварцевой ампуле и отжига эпитаксиальных слоев в той же ампуле в парах шихты, из которых они были выращены, при температурах 250÷270°С в течение не менее 48 часов (Денисов И.А. Разработка технологии выращивания эпитаксиальных слоев кадмий-ртуть-теллур методом жидкофазной эпитаксии для инфракрасных фотоприемников. Диссертация на соискание степени канд. техн. наук. М. 2007). Способ принят за прототип.
Способ позволяет получить эпитаксиальные слои CdxHg1-xTe составов х=0,19÷0,23 и х=0,27÷0,32 толщиной 10÷20 мкм р-типа проводимости с концентрацией носителей заряда при 77К р=(0,5÷2,0)×1016 см-3. Для отдельных образцов вблизи составов х=0.2 подвижность носителей заряда при 77К достигает значения 600 см2 В-1 с-1.
К существенным недостаткам способа-прототипа можно отнести следующие:
- низкая воспроизводимость высоких значений подвижности носителей заряда при 77К, составляющая не более 15÷20%, что свидетельствует о наличие центров рассеяния, связанных, вероятнее всего, с нейтральными комплексами точечных дефектов, которые не выводятся из материала в предложенных режимах отжига;
- способ не позволяет получить эпитаксиальные слои CdxHg1-xTe с однородным распределением электрофизических характеристик по толщине слоя (в особенности при толщинах более 15 мкм) из-за кинетических ограничений протекания квазихимических реакций образования и аннигиляции точечных дефектов и их комплексов в предложенных режимах отжига;
- проведение независимых процессов выращивания и отжига, а также длительность отжига ограничивают производительность способа.
Техническим результатом изобретения является воспроизводимое получение эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe (х=0,19÷0,33) р-типа проводимости с концентрацией носителей заряда при 77К р=(0,5÷2,0)×1016 см-3, с подвижностью носителей заряда при 77К для составов вблизи х=0.2 более 500 см2 В-1 с-1, а для составов вблизи х=0,3 более 350 см2 В-1 с-1, с однородным распределением электрофизических характеристик по толщине эпитаксиального слоя, а также сокращение времени производства эпитаксиальных слоев.
Технический результат достигается тем, что в способе получения эпитаксиальных слоев CdxHg1-.xTe р-типа проводимости, включающем выращивание эпитаксиального слоя CdxHg1-xTe с химическим составом в интервале от х=0,19 до х=0,33 мольной доли теллурида кадмия методом жидкофазной эпитаксии в запаянной кварцевой ампуле из раствора-расплава на основе теллура при температуре 500÷515°С и отжиг эпитаксиального слоя, согласно изобретению отжиг эпитаксиального слоя проводят в парах шихты, из которой он был выращен, сначала при температуре 350÷370°С в течение 1÷2 часов, а затем при температуре 200÷240°С в течение 20÷24 часов, при этом выращивание эпитаксиального слоя и его отжиг проводят последовательно в одном технологическом процессе.
Сущность изобретения заключается в том, что в заявляемом изобретении при проведении в одном процессе с выращиванием методом ЖФЭ в запаянной кварцевой ампуле in situ отжига эпитаксиального слоя CdxHg1-xTe (х=0,19÷0,33) в парах шихты на основе теллура, из которой эпитаксиальный слой был выращен, сначала при температуре отжига 350÷370°С в течение 1÷2 часов, а затем при температуре 200÷240°С в течение 20÷24 часов, в эпитаксиальном слое CdxHg1-xTe происходит перестройка ансамбля собственных точечных дефектов, сопровождающаяся переходом вакансий ртути из двукратно в однократно заряженное состояние, снижением концентрации вакансий ртути и комплексов с их участием. Заявленные условия отжига обеспечивают воспроизводимое получение эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe р-типа проводимости с концентрацией носителей заряда (0,5÷2,0)×10 см-3 при 77К с высокими значениями подвижности носителей заряда и однородным распределением электрофизических характеристик по толщине эпитаксиального слоя, а проведение отжига в одном процессе с выращиванием обеспечивает сокращение времени производства эпитаксиальных слоев.
Обоснование параметров.
Способ получения эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe р-типа проводимости осуществляют выращиванием эпитаксиального слоя CdxHg1-xTe с составом х=0,19÷0,33 методом ЖФЭ в запаянной кварцевой ампуле из раствора-расплава на основе теллура при температуре 500÷515°С с последующим in situ отжигом эпитаксиального слоя в парах шихты, из которой он был выращен, сначала при температуре 350÷370°С в течение 1÷2 часов, а затем при температуре 200÷240°С в течение 20÷24 часов.
Проведение отжига эпитаксиального слоя CdxHg1-xTe с составом х=0,19÷0,33 при температуре 350÷370°С в течение 1÷2 часов обеспечивает преимущественный переход двукратно заряженных вакансий ртути в однократно заряженное состояние и достижение близких к равновесным значений концентраций вакансий ртути и комплексов с их участием в условиях взаимодействия с парами шихты на основе теллура в указанном интервале температур. Проведение отжига при температуре ниже 350°С требует увеличения времени отжига из-за снижения скорости протекания диффузионных процессов, лимитирующих кинетику достижения равновесия эпитаксиального слоя с паровой фазой, а отжиг при температуре выше 370°С не приводит к заметной смене зарядового состояния вакансий ртути.
Достижение концентрации заряженных вакансий ртути в эпитаксиальном слое CdxHg1-xTe (х=0,19÷0,33), соответствующей р-типу проводимости с требуемой концентрацией носителей заряда р=(0,5÷2,0)×1016 см-3 при 77К, осуществляют отжигом в парах ростовой шихты на основе теллура при температуре 200÷240°С. Длительность отжига лимитируется диффузией избыточного количества вакансий и комплексов с их участием к поверхности эпитаксиального слоя, т.е. кинетикой установления равновесия материала с паровой фазой. При этом предварительный отжиг при 350÷370°С в течение 1÷2 часов позволяет проводить отжиг эпитаксиального слоя толщиной до 20 мкм при 200÷240°С в течение 20÷24 часов (в отсутствие предварительного отжига требуются времена более 48 часов) и воспроизводимо получать в этом режиме эпитаксиальные слои CdxHg1-xTe р-типа проводимости с концентрацией носителей заряда (0,5÷2,0)×1016 см-3 при 77К с высокими значениями подвижности носителей заряда и однородным распределением электрофизических характеристик по толщине эпитаксиального слоя.
Увеличение времени отжига более 24 часов не приводит к изменению измеряемых электрофизических характеристик слоя, что свидетельствует о достижении равновесия с паровой фазой. При времени отжига менее 20 часов в эпитаксиальном слое возможно возникновение неоднородности распределения электрофизических характеристик по толщине слоя. При температуре отжига более 240°С увеличивается вероятность получения материала с концентрацией дырок более чем 2,0×1016 см-3 при 77К.
Пример осуществления способа.
Для получения эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe р-типа проводимости в графитовую кассету, позволяющую проводить процессы ЖФЭ в поворотной системе, помещают монокристаллические подложки Cd0,96Zn0,04Te и заранее синтезированную шихту, состав которой выбирают по известной из литературы поверхности ликвидус диаграммы фазовых равновесий в системе Cd-Hg-Te в области растворов-расплавов, обогащенных Те на пересечении изотермы 515°С с изоконцентратой, соответствующей одному из составов твердого раствора CdxHg1-xTe в интервале концентраций от х=0,19 до х=0,33 мольной доли теллурида кадмия. Графитовую кассету помещают в кварцевую ампулу, которую вакуумируют до остаточного давления менее 1,0×10-5 мм рт.ст. и запаивают.
Подготовленную кварцевую ампулу помещают в горизонтально установленную печь установки ЖФЭ, после чего печь прогревают до температуры гомогенизации, проводят гомогенизацию раствора-расплава при температуре 530÷535°С в течение 1÷2 часов, охлаждают печь до температуры 515°С, поворотом печи из горизонтального в вертикальное положение приводят в контакт подложки с раствором-расплавом, проводят выращивание эпитаксиальных слоев в условиях принудительного охлаждения системы подложки - раствор-расплав со скоростью 0.75÷1.0 град/мин до температуры 500÷505°С (в зависимости от требуемой толщины эпитаксиального слоя) с последующей выдержкой при этой температуре в течение 10÷15 мин, после чего раствор-расплав удаляют с поверхности выросших эпитаксиальных слоев поворотом печи.
По окончании процесса выращивания печь охлаждают со скоростью 0.75÷1.0 град/мин до температуры 350÷370°С и проводят отжиг эпитаксиальных слоев в парах шихты, из которой они были выращены, в течение 1÷2 часов. Далее печь охлаждают с той же скоростью до температуры 200÷240°С и проводят отжиг эпитаксиальных слоев в парах шихты в течение 20÷24 часов. По окончании отжига печь выключают, и она остывает вместе с ампулой до комнатной температуры. После этого ампулу извлекают из печи, извлекают из ампулы подложки с выращенными на их поверхности эпитаксиальными слоями CdxHg1-xTe и проводят измерения состава, толщины и электрофизических характеристик эпитаксиальных слоев.
Состав и толщину эпитаксиальных слоев определяли по спектрам оптического пропускания. Тип проводимости эпитаксиальных слоев, концентрацию носителей заряда в них (КНЗ) и подвижность носителей заряда (µp) определяли методом Ван-дер-Пау при температуре 77К. Однородность распределения электрофизических характеристик по толщине эпитаксиальных слоев определяли методом послойного стравливания.
В таблице 1 приведены результаты осуществления заявляемого способа при различных технологических параметрах (примеры 1-8) в сравнении с результатами способа, принятого за прототип (примеры 9-11) и результаты измерений электрофизических характеристик при послойном стравливании эпитаксиальных слоев (примеры 1, 3-5, 7, 8).
Таким образом, на основании данных таблицы 1 можно сделать вывод, что заявленный способ позволяет воспроизводимо получать эпитаксиальные слои CdxHg1-xTe (х=0,19÷0,33) р-типа проводимости с концентрацией носителей заряда при 77К р=(0,5÷2,0)×1016 см-3, с подвижностью носителей заряда при 77К для составов вблизи x=0.2 более 500 см2 В-1 с-1, a для составов вблизи х=0,3 более 350 см2 В-1 с-1, с однородным распределением электрофизических характеристик по толщине эпитаксиального слоя, а также способ позволяет сократить время производства эпитаксиальных слоев.
Claims (1)
- Способ получения эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe р-типа проводимости, включающий выращивание эпитаксиального слоя CdxHg1-xTe с химическим составом в интервале от х=0,19 до х=0,33 мольной доли теллурида кадмия методом жидкофазной эпитаксии в запаянной кварцевой ампуле из раствора-расплава на основе теллура при температуре 500÷515°С и отжиг эпитаксиального слоя, отличающийся тем, что отжиг эпитаксиального слоя проводят в парах шихты, из которой он был выращен, сначала при температуре 350÷370°С в течение 1÷2 ч, а затем при температуре 200÷240°С в течение 20÷24 ч, при этом выращивание эпитаксиального слоя и его отжиг проводят последовательно в одном технологическом процессе.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015156895/05A RU2602123C1 (ru) | 2015-12-30 | 2015-12-30 | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЁВ CdxHg(1-x)Te p-ТИПА ПРОВОДИМОСТИ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015156895/05A RU2602123C1 (ru) | 2015-12-30 | 2015-12-30 | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЁВ CdxHg(1-x)Te p-ТИПА ПРОВОДИМОСТИ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2602123C1 true RU2602123C1 (ru) | 2016-11-10 |
Family
ID=57278016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015156895/05A RU2602123C1 (ru) | 2015-12-30 | 2015-12-30 | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЁВ CdxHg(1-x)Te p-ТИПА ПРОВОДИМОСТИ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2602123C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2633901C1 (ru) * | 2016-12-29 | 2017-10-19 | Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" | Способ получения эпитаксиальных слоёв CdхHg(1-х) Te из раствора на основе теллура |
| CN116482150A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-07-25 | 浙江珏芯微电子有限公司 | 一种碲镉汞掺杂激活率评估方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5535699A (en) * | 1993-05-31 | 1996-07-16 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of making II-VI semiconductor infrared light detector |
-
2015
- 2015-12-30 RU RU2015156895/05A patent/RU2602123C1/ru active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5535699A (en) * | 1993-05-31 | 1996-07-16 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of making II-VI semiconductor infrared light detector |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HARMAN T.C., Slider LPE of Hg 1-x Cd x Te using mercury pressure controlled growth solutions, "J. Electron Mater.", 1981, 10, N6, 1069-1084. * |
| ДЕНИСОВ И.А., Разработка технологии выращивания эпитаксиальных слоев кадмий-ртуть-теллур методом жидкофазной эпитаксии для инфракрасных приемников, Диссертация на соискание степени канд. техн. наук, Москва, 2007. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2633901C1 (ru) * | 2016-12-29 | 2017-10-19 | Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" | Способ получения эпитаксиальных слоёв CdхHg(1-х) Te из раствора на основе теллура |
| CN116482150A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-07-25 | 浙江珏芯微电子有限公司 | 一种碲镉汞掺杂激活率评估方法 |
| CN116482150B (zh) * | 2023-06-25 | 2023-09-12 | 浙江珏芯微电子有限公司 | 一种碲镉汞掺杂激活率评估方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10533265B2 (en) | Growth container | |
| JPWO2013080972A1 (ja) | Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の製造方法 | |
| JPH03122097A (ja) | 単結晶の２‐６族または３‐５族化合物の製造法及びそれより作られる製品 | |
| US4315796A (en) | Crystal growth of compound semiconductor mixed crystals under controlled vapor pressure | |
| Schmit | Growth, properties and applications of HgCdTe | |
| RU2602123C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЁВ CdxHg(1-x)Te p-ТИПА ПРОВОДИМОСТИ | |
| TWI699464B (zh) | 化合物半導體及化合物半導體單晶之製造方法 | |
| CN112640070B (zh) | 硅试样的碳浓度评价方法、硅晶片制造工序的评价方法、硅晶片的制造方法和硅单晶锭的制造方法 | |
| US4642142A (en) | Process for making mercury cadmium telluride | |
| EP4166698A1 (en) | Gaas ingot, method for manufacturing gaas ingot, and gaas wafer | |
| US4026735A (en) | Method for growing thin semiconducting epitaxial layers | |
| KR20190096932A (ko) | 화합물 반도체 및 그 제조 방법 | |
| Krukovskyi et al. | Features of low-temperature GaAs formation for epitaxy device structures | |
| Popovych et al. | The effect of chlorine doping concentration on the quality of CdTe single crystals grown by the modified physical vapor transport method | |
| Sinel’Nikov et al. | Ga x In 1− x Bi y As z Sb 1− y− z/InSb and InBi y As z Sb 1− y− z/InSb heterostructures grown in a temperature gradient | |
| FR2828214A1 (fr) | PROCEDE D'OBTENTION D'UN MONOCRISTAL DE CdTd OU DE CdZnTe, ET MONOCRISTAL OBTENU PAR CE PROCEDE | |
| Bliss et al. | Indium phosphide | |
| CN112640071A (zh) | 硅试样的碳浓度评价方法、硅晶片制造工序的评价方法、硅晶片的制造方法和硅单晶锭的制造方法 | |
| JP2016013970A (ja) | β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶基板の製造方法 | |
| RU2633901C1 (ru) | Способ получения эпитаксиальных слоёв CdхHg(1-х) Te из раствора на основе теллура | |
| EP2980282B1 (en) | Compound semiconductor single crystals for photoelectric conversion elements, photoelectric conversion element, and production method for compound semiconductor single crystals for photoelectric conversion elements | |
| JPS63503379A (ja) | テルルを含む物質の蒸着方法 | |
| CN216074098U (zh) | 一种AlN晶片的批量掺杂装置 | |
| De Kock et al. | A New Method for Revealing Striations in High‐Resistive Floating‐Zone Silicon Crystals | |
| JP2000313699A (ja) | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180806 Effective date: 20180806 |