RU2611692C1 - Method of producing nanoheterostructure with superlattice - Google Patents
Method of producing nanoheterostructure with superlattice Download PDFInfo
- Publication number
- RU2611692C1 RU2611692C1 RU2015152557A RU2015152557A RU2611692C1 RU 2611692 C1 RU2611692 C1 RU 2611692C1 RU 2015152557 A RU2015152557 A RU 2015152557A RU 2015152557 A RU2015152557 A RU 2015152557A RU 2611692 C1 RU2611692 C1 RU 2611692C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gasb
- superlattice
- growing
- inas
- layer
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 18
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 claims abstract description 58
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 16
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- PORFVJURJXKREL-UHFFFAOYSA-N trimethylstibine Chemical compound C[Sb](C)C PORFVJURJXKREL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 17
- 229910000070 arsenic hydride Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 5
- 101100208382 Danio rerio tmsb gene Proteins 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 3
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017115 AlSb Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- VTGARNNDLOTBET-UHFFFAOYSA-N gallium antimonide Chemical compound [Sb]#[Ga] VTGARNNDLOTBET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000001370 static light scattering Methods 0.000 description 1
- -1 tributylarsin (TBAs) Chemical compound 0.000 description 1
- TUQOTMZNTHZOKS-UHFFFAOYSA-N tributylphosphine Chemical compound CCCCP(CCCC)CCCC TUQOTMZNTHZOKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KKOFCVMVBJXDFP-UHFFFAOYSA-N triethylstibane Chemical compound CC[Sb](CC)CC KKOFCVMVBJXDFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к электронной технике, в частности к способам создания наногетероструктур для фотопреобразующих и светоизлучающих устройств.The present invention relates to electronic equipment, in particular to methods for creating nanoheterostructures for photoconverting and light-emitting devices.
В настоящее время сложилось новое направление изготовления фотопреобразующих и светоизлучающих устройств на основе гетероструктур, содержащих сверхрешетки с напряженными слоями (strained layer superlattice-SLS). Сверхрешетки с напряженными слоями, в отличие от сверхрешеток с квантовыми ямами, имеют большие внутренние напряжения, обусловленные разностью параметров кристаллических решеток материалов слоев, и, как следствие, имеют зонную структуру, отличную от зонной структуры материалов слоев, например ширину, запрещенной зоны и положения подзон. Применение в фотоэлектрических преобразователях таких материалов позволяет сравнительно просто, путем изменения толщин слоев, изменять ширину запрещенной зоны, а следовательно, длинноволновую границу чувствительности фотоэлектрического преобразователя, при этом они обладают высокой поглощающей способностью, равной межзонному поглощению. В случае использования сверхрешеток с напряженными слоями для излучающих приборов возможно увеличение их эффективности.Currently, a new direction has emerged in the manufacture of photoconverting and light-emitting devices based on heterostructures containing superlattice superlattice-SLSs. Superlattices with stressed layers, in contrast to superlattices with quantum wells, have large internal stresses due to the difference in the parameters of the crystal lattices of the layer materials, and, as a result, have a band structure different from the band structure of layer materials, for example, width, band gap, and position of subbands . The use of such materials in photoelectric converters makes it relatively simple, by changing the thicknesses of the layers, to change the band gap and, therefore, the long-wavelength limit of the sensitivity of the photoelectric converter, while they have a high absorption capacity equal to interband absorption. In the case of using superlattices with strained layers for radiating devices, an increase in their efficiency is possible.
Наиболее часто при изготовлении фотоэлектрических преобразователей на основе таких структур используют пару GaSb/InAs (антимонид галлия/арсенид индия). Это позволило изготовить фотоэлектрические преобразователи для спектрального диапазона до 15 мкм и каскадные устройства для нескольких спектральных диапазонов. В таких наногетероструктурах толщины слоев не должны превышать критическую величину, при превышении этой толщины материал имеет большое количество дефектов, а с другой стороны, должны отсутствовать туннельные токи. Обычно толщина слоев составляет несколько нанометров. Основным методом изготовления наногетероструктур со сверхрешетками InAs/GaSb является метод молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ). Этот метод позволяет с высокой точностью контролировать толщины слоев (до одного атомарного слоя), но требует использования дорогостоящего оборудования и имеет высокую стоимость массового производства. Кроме указанных препятствий существует сложность изготовления структур на основе соединений с сурьмой (Sb).Most often, in the manufacture of photoelectric converters based on such structures, a pair of GaSb / InAs (gallium antimonide / indium arsenide) is used. This made it possible to manufacture photoelectric converters for the spectral range up to 15 μm and cascade devices for several spectral ranges. In such nanoheterostructures, the layer thicknesses should not exceed a critical value, if this thickness is exceeded, the material has a large number of defects, and on the other hand, tunnel currents should be absent. Typically, the thickness of the layers is a few nanometers. The main method for fabricating nanoheterostructures with InAs / GaSb superlattices is the molecular beam epitaxy (MBE) method. This method allows you to control the thickness of the layers with high accuracy (up to one atomic layer), but requires the use of expensive equipment and has a high cost of mass production. In addition to these obstacles, there is the difficulty of fabricating structures based on compounds with antimony (Sb).
Известен способ изготовления наногетеротруктуры со сверхрешеткой на основе (Al,Ga)Sb и GaSb (см. M. Behet, P. Schneider, D. Moulin, К. Heime, J. Woitok, J. Tummler, J. Hermans, J. Geurts, "Low pressure metalorganic vapor phase epitaxy and characterization of (Al,Ga)Sb/GaSb heterostructure", Journ. Of Crystal Growth, v. 167, 415-420, 1996) газофазной эпитаксией из металлоорганических соединений (МОСГФЭ). Выращивание сверхрешетки осуществляют при температуре 530-660°С из триметилаллюминия, триэтилгаллия, триэтилсурьм в токе очищенного водорода при соотношении молярных потоков V/III - групп периодической системы Менделеева, равном 12,5 для AlSb и элементов групп V/III = 7 для GaSb.A known method of manufacturing a nanoheterotructure with a superlattice based on (Al, Ga) Sb and GaSb (see M. Behet, P. Schneider, D. Moulin, K. Heime, J. Woitok, J. Tummler, J. Hermans, J. Geurts , "Low pressure metalorganic vapor phase epitaxy and characterization of (Al, Ga) Sb / GaSb heterostructure", Journ. Of Crystal Growth, v. 167, 415-420, 1996) by gas phase epitaxy from organometallic compounds (MOSHFE). The superlattice is grown at a temperature of 530-660 ° С from trimethylaluminium, triethyl gallium, triethyl antimony in a stream of purified hydrogen at a molar flux ratio of V / III - groups of the periodic system of Mendeleev equal to 12.5 for AlSb and elements of groups V / III = 7 for GaSb.
Основным недостатком известного способа изготовления наногетероструктур со сверхрешетками является относительно высокая температура роста, при которой невозможно выращивание InAs, так как при этом может образовываться InSb при росте сверхрешеток GaSb/InAs (температура плавления InSb Т=525°С). К тому же известный способ предназначен для изготовления приборов спектрального диапазона 1,4-1.72 мкм.The main disadvantage of the known method of manufacturing nanoheterostructures with superlattices is the relatively high growth temperature at which InAs cannot be grown, since InSb can be formed during the growth of GaSb / InAs superlattices (InSb melting point T = 525 ° C). In addition, the known method is intended for the manufacture of devices with a spectral range of 1.4-1.72 μm.
Известен способ изготовления наногетеротруктуры со сверхрешеткой (см. заявка WO 2012046676, МПК С23С 16/30, С30В 25/10, С30В 29/40, H01L 21/205, H01L 31/10, опубликована 12.04.2012) газофазной эпитаксией из металлорганических соединений с использованием органических источников. В известном способе выращивают слой GaAs1-ySby (0,36<y<1) на подложке (GaSb, InP и GaAs) и затем слой InxGa1-xAs (0,38<x<0,68). Выращивание сверхрешетки осуществляют при температуре 425-525°С.A known method of manufacturing a nanoheterotructure with a superlattice (see application WO 2012046676, IPC С23С 16/30, С30В 25/10, С30В 29/40, H01L 21/205, H01L 31/10, published April 12, 2012) by gas-phase epitaxy from organometallic compounds with using organic sources. In the known method, a GaAs 1-y Sb y layer (0.36 <y <1) is grown on a substrate (GaSb, InP and GaAs) and then an In x Ga 1-x As layer (0.38 <x <0.68) . The superlattice is grown at a temperature of 425-525 ° C.
Недостатком известного способа является сложность поддержания и контроля состава твердых растворов, а также образование слоев переменного состава на границах эпитаксиальных слоев вследствие невоспроизводимого роста в момент замены газовой среды (реагенты подают постоянно в зону роста).The disadvantage of this method is the difficulty of maintaining and controlling the composition of solid solutions, as well as the formation of layers of variable composition at the boundaries of the epitaxial layers due to irreproducible growth at the time of replacement of the gas medium (reagents are constantly fed into the growth zone).
Известен способ изготовления наногетеротруктуры со сверхрешеткой (см. заявка ЕР 2804203, МПК H01L 21/20, опубликована 19.11.2014) из соединений А3В5 (InAs, InP, GaAs, GaP, GaSb и InSb) газофазной эпитаксией из металлорганических соединений. Выращивание слоев сверхрешетки осуществлялли с использований органических источников (триметилиндий (TMIn), триметилгаллий (TMGa), триэтилгаллий (TEGa), трибутиларсин (TBAs), трибутилфосфин СВР), тетробутилбидиметиламинофосфор (TBBDMAP), триметилсурьма (TMSb) и тридиметиламиносурьма (TDMASb) в потоке азота или аргона при температуре в 350-450°С. В качестве слоев сверхрешетки также использовали InxGa1-xAs (x>0,5), и InxGa1-xSb (x<0,4).A known method of manufacturing a nanoheterotructure with a superlattice (see application EP 2804203, IPC H01L 21/20, published November 19, 2014) from compounds A3B5 (InAs, InP, GaAs, GaP, GaSb and InSb) by gas-phase epitaxy from organometallic compounds. The superlattice layers were grown using organic sources (trimethylindium (TMIn), trimethyl gallium (TMGa), triethyl gallium (TEGa), tributylarsin (TBAs), tributylphosphine CBP), tetrobutylbidimethylaminophosphorus (TBBDMAP), trimethylmethobasulfurum or argon at a temperature of 350-450 ° C. In x Ga 1-x As (x> 0.5), and In x Ga 1-x Sb (x <0.4) were also used as superlattice layers.
Недостатком известного способа является образование пленок переменного состава большей толшины на гетерогранице между слоями сверхрешетки, приводящего к невоспроизводимому и неконтролируемому изменению зонной структуры материала сверхрешетки, и, как следствие, электрооптических свойств создаваемых приборов.The disadvantage of this method is the formation of films of variable composition of greater thickness at the heterointerface between the layers of the superlattice, leading to an irreproducible and uncontrolled change in the band structure of the material of the superlattice, and, as a consequence, the electro-optical properties of the devices created.
Известен способ изготовления наногетеротруктуры со сверхрешеткой (см. заявка US 2014353586, МПК H01L 21/02, H01L 21/66, H01L 31/0304, H01L 31/0352, H01L 31/18, опубликована 04.12.2014), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Способ-прототип включает выращивание на подложке GaSb газофазной эпитаксией из металлоорганических соединений сверхрешетки из чередующихся слоев GaSb и InAs, содержащей по меньшей мере один слой GaSb и по меньшей мере один слой InAs. При выращивании чередующихся слоев GaSb и InAs после окончания выращивания каждого слоя выдерживается временная пауза, во время которой подают металлоорганическое соединение, содержащее только один элемент V-группы (As для InAs и Sb для GaSb).A known method of manufacturing a nanoheterotructure with a superlattice (see application US 2014353586, IPC H01L 21/02, H01L 21/66, H01L 31/0304, H01L 31/0352, H01L 31/18, published 04.12.2014), which coincides with this decision by the largest number of essential features and taken as a prototype. The prototype method includes growing on a GaSb substrate by gas phase epitaxy from organometallic compounds a superlattice from alternating layers of GaSb and InAs containing at least one GaSb layer and at least one InAs layer. When growing alternating layers of GaSb and InAs after growing each layer, a temporary pause is maintained during which an organometallic compound containing only one element of the V group (As for InAs and Sb for GaSb) is fed.
Основным недостатком известного метода является образование пленки переменного состава из InGaSb и GalnAs на гетерогранице между слоями GaSb и InAs, что приводит к невоспроизводимому изменению зонной структуры материала сверхрешетки, влияющему на электрооптические свойства создаваемых фотопреобразующих и светоизлучающих приборов.The main disadvantage of this method is the formation of a film of variable composition from InGaSb and GalnAs at the heterointerface between the GaSb and InAs layers, which leads to an irreproducible change in the band structure of the material of the superlattice, affecting the electro-optical properties of the created photoconverting and light-emitting devices.
Задачей настоящего изобретения являлась разработка такого способа изготовления наногетероструктуры со сверхрешеткой, который бы предотвратил образование пленки переменного состава на гетерогранице между слоями сверхрешетки и, как следствие, обеспечил бы стабильность и воспроизводимость электрооптических свойств создаваемых на основе наногетероструктуры фотопреобразующих и светоизлучающих приборов.The objective of the present invention was the development of such a method of manufacturing a nanoheterostructure with a superlattice, which would prevent the formation of a film of variable composition at the heterointerface between the layers of the superlattice and, as a result, would ensure stability and reproducibility of the electro-optical properties of photoconverting and light-emitting devices created on the basis of the nanoheterostructure.
Поставленная задача решается тем, что способ изготовления наногетероструктуры на основе сверхрешетки включает выращивание на подложке GaSb, газофазной эпитаксией из металлоорганических соединений в потоке водорода сверхрешетки, состоящей из по меньшей мере одной пары чередующихся слоев GaSb, выращиваемого из триэтилгаллия и триметилсурьмы, и InAs, выращиваемого из триметилиндия и арсина. Новым в настоящем способе является то, что при выращивании слоя GaSb вначале подают триэтилгаллий, а затем подают триметилсурьму, при выращивании каждого слоя InAs вначале подают арсин, а затем подают триметилиндий, после выращивания каждого слоя GaSb или InAs прерывают подачу упомянутых соединений в зону роста слоев и продолжают подавать водород в течение времени t, определяемого из соотношения:The problem is solved in that the method of manufacturing a nanoheterostructure based on a superlattice involves growing on a GaSb substrate, by gas phase epitaxy from organometallic compounds in a hydrogen stream a superlattice consisting of at least one pair of alternating layers of GaSb grown from triethylgallium and trimethylantimony, and InAs grown trimethylindia and arsine. What is new in the present method is that when growing a GaSb layer, triethyl gallium is first supplied and then trimethyl antimony is fed, while each InAs layer is grown, arsine is first fed and then trimethylindium is fed, after each GaSb or InAs layer is grown, the above compounds are cut off from the layer growth zone and continue to supply hydrogen for a time t determined from the ratio:
t=Vp/G, с;t = Vp / G, s;
где Vp - объем реактора, см3; (1)where Vp is the volume of the reactor, cm 3 ; (one)
G - скорость протекания водорода см3/с.G is the flow rate of hydrogen cm 3 / s.
Газофазную эпитаксию из металлоорганических соединений настоящим способом обычно проводят при температуре 450-500°С из реагентов - триметилиндия, триэтилгаллия, триметилсурьмы и арсина при соотношении молярных потоков элементов V/III групп периодической системы Менделеева, равном в интервале 11-150 для InAs и 2-25 для GaSb. После выращивания каждого из слоев InAs и GaSb прекращают подачу в зону роста реагентов и подают только водород в течение времени t, определяемого из соотношения (1), для полной смены газовой смеси в зоне роста. Затем подают реагенты для выращивания слоя другого состава, причем подачу реагентов начинают с подачи арсина в случае выращивания слоя InAs и триэтилгаллия в случае выращивания слоя GaSb. Использовать температуру роста ниже 450°С не представляется возможным, так как ниже этой температуры не происходит пиролитического разложения триметилсурьмы (температура начала разложения триметилсурьмы равна 450°С и температура 100% разложения триметилсурьмы ~550°С).The gas-phase epitaxy from organometallic compounds by the present method is usually carried out at a temperature of 450-500 ° C from the reagents trimethylindium, triethyl gallium, trimethyl antimony and arsine at a ratio of molar fluxes of elements of the V / III groups of the periodic table, equal to between 11-150 for InAs and 2- 25 for GaSb. After growing each of the InAs and GaSb layers, the supply of reagents to the growth zone is stopped and only hydrogen is supplied for a time t determined from relation (1) to completely change the gas mixture in the growth zone. Then, reagents for growing a layer of a different composition are supplied, and the supply of reagents begins with feeding arsine in the case of growing an InAs layer and triethyl gallium in the case of growing a GaSb layer. It is not possible to use a growth temperature below 450 ° C, since pyrolytic decomposition of trimethylantimony does not occur below this temperature (the temperature of the beginning of decomposition of trimethylantimony is 450 ° C and the temperature of 100% decomposition of trimethylantimony is ~ 550 ° C).
За счет продувки реактора чистым водородом для полной смены газовой среды между ростом слоев как InAs, так и GaSb не происходит образования пленки переменного состава, которая приводит к невоспроизводимому изменению зонной структуры материала сверхрешетки, влияющая на электрооптические свойства создаваемых фотопреобразующих и светоизлучающих приборов.By purging the reactor with pure hydrogen to completely change the gas medium between the growth of both InAs and GaSb layers, a film of variable composition does not form, which leads to an irreproducible change in the band structure of the superlattice material, affecting the electro-optical properties of the created photoconverting and light-emitting devices.
Пример 1. Методом МОСГФЭ на установке ADCTRON-200 в реакторе горизонтального типа изготавливали наногетероструктуру, содержащую последовательно выращенные десять пар чередующихся эпитаксиальных слоев GaSb и InAs на подложке n-GaSb (001). Давление в реакторе составляло 76 мм рт.ст. Подложку во время роста вращали со скоростью 100 об/мин. Газ-носитель - очищенный водород с точкой росы не хуже -100°С, суммарный поток через реактор составлял 5,5 литров/мин. Источники элементов для роста: триметилиндий (TMIn), триэтилгаллий (TEGa), триметилсурьма (TMSb) и арсин (AsH3). Структуры преднамеренно не легировались. Температура роста для слоев из GaSb и InAs составляла 500°С, а соотношение молярных потоков элементов V/III групп периодической системы Менделеева составляло: для InAs - V/III = 93 и для GaSb V/III = 22,5. Высокое значение соотношения элементов V/III для GaSb объясняется низкой эффективностью разложения TMSb при Т=500°С (типичное значение V/III для роста GaSb при Т=550-630°С лежит в диапазоне 1,2-2,5). После выращивания каждого из слоев GaSb и InAs прекращали подачу в зону роста реагентов и продолжали подавать только водород в течение времени t, определяемого из соотношения (1), для полной смены газовой смеси в зоне роста. Затем подавали реагенты для выращивания слоя другого состава, причем подачу реагентов начинали с подачи арсина при выращивании InAs и триэтилгаллия при выращивании GaSb. Исследования микроструктуры образцов наногетероструктуры методом просвечивающей электронной микроскопии на микроскопе JEM2100F показали, что настоящий способ изготовления наногетероструктуры обеспечивает высокую воспроизводимость толщин слоев InAs - 2 nm и GaSb - 3,3 nm и резкие границы сверхрешетки InAs/GaSb на подложке GaSb (резкие границы свидетельствуют об отсутствии слоев переменного состава). Исследования спектров фотолюминесценции выращенных образцов наногетероструктуры подтвердили высокую воспроизводилось зонной структуры материала сверхрешетки, что также указывает на отсутствие слоев переменного состава.Example 1. Using the MOSHFE method on an ADCTRON-200 facility in a horizontal reactor, a nanoheterostructure was prepared containing ten pairs of alternating epitaxial layers of GaSb and InAs sequentially grown on an n-GaSb (001) substrate. The pressure in the reactor was 76 mm Hg. The substrate was rotated at a speed of 100 rpm during growth. The carrier gas is purified hydrogen with a dew point of no worse than -100 ° C; the total flow through the reactor was 5.5 liters / min. Sources of growth elements: trimethylindium (TMIn), triethyl gallium (TEGa), trimethyl antimony (TMSb) and arsine (AsH 3 ). The structures were not intentionally alloyed. The growth temperature for GaSb and InAs layers was 500 ° С, and the ratio of molar fluxes of elements of the V / III groups of the periodic table was: for InAs - V / III = 93 and for GaSb V / III = 22.5. The high V / III ratio for GaSb is explained by the low decomposition efficiency of TMSb at T = 500 ° C (the typical V / III value for GaSb growth at T = 550-630 ° C is in the range 1.2-2.5). After growing each of the GaSb and InAs layers, the supply of reagents to the growth zone was stopped and only hydrogen was supplied for a time t determined from relation (1) to completely change the gas mixture in the growth zone. Then, reagents for growing a layer of a different composition were supplied, and the supply of reagents began with feeding arsine when growing InAs and triethyl gallium when growing GaSb. Studies of the microstructure of nanoheterostructure samples by transmission electron microscopy using a JEM2100F microscope showed that the present method of manufacturing a nanoheterostructure provides high reproducibility of InAs - 2 nm and GaSb - 3.3 nm layer thicknesses and sharp InAs / GaSb superlattice boundaries on a GaSb substrate (sharp boundaries indicate the absence layers of variable composition). Studies of the photoluminescence spectra of the grown samples of the nanoheterostructure confirmed the high reproducible band structure of the superlattice material, which also indicates the absence of layers of variable composition.
Пример 2. Методом МОСГФЭ на установке AIXTRON-200 изготавливали наногетероструктуру, содержащую последовательно выращенные сто пар чередующихся эпитаксиальных слоев GaSb и InAs на подложке p-GaSb (001). Давление в реакторе составляло 76 мм рт.ст. Газ-носитель - очищенный водород, суммарный поток через реактор составлял 4 литра/мин. Источники элементов для роста: TMIn, TEGa, TMSb и AsH3. Температура роста для слоев GaSb и InAs составляла 450°С, а соотношение молярных потоков элементов V/III имело значение: для InAs - V/III = 150 и для GaSb V/III = 25. После выращивания каждого из слоев прекращали подачу в зону роста реагентов и продолжали подавать только водород в течение времени t, определяемого из соотношения (1), для полной смены газовой смеси в зоне роста. Затем подавали реагенты для выращивания слоя другого состава, причем подачу реагентов начинали с подачи арсина при выращивании InAs и триэтилгаллия при выращивании GaSb. Исследования микроструктуры образцов наногетероструктуры методом просвечивающей электронной микроскопии на микроскопе JEM2100F показали, что обеспечивается высокая воспроизводимость толщин слоев InAs - 1,5 nm и GaSb - 3,0 nm и резкие границы сверхрешетки InAs - GaSb на подложке GaSb. Спектры фотолюминесценции выращенных образцов показали высокую воспроизводилось зонной структуры материала сверхрешетки.Example 2. Using the MOSHFE method on an AIXTRON-200 apparatus, a nanoheterostructure was fabricated containing one hundred pairs of alternating epitaxial layers of GaSb and InAs sequentially grown on a p-GaSb (001) substrate. The pressure in the reactor was 76 mm Hg. The carrier gas is purified hydrogen; the total flow through the reactor was 4 liters / min. Sources of growth elements: TMIn, TEGa, TMSb and AsH 3 . The growth temperature for the GaSb and InAs layers was 450 ° С, and the molar flux ratio of the V / III elements was significant: for InAs, V / III = 150 and for GaSb V / III = 25. After growing each of the layers, the feed to the growth zone was stopped reagents and continued to supply only hydrogen for a time t determined from relation (1) to completely change the gas mixture in the growth zone. Then, reagents for growing a layer of a different composition were supplied, and the supply of reagents began with feeding arsine when growing InAs and triethyl gallium when growing GaSb. Studies of the microstructure of nanoheterostructure samples by transmission electron microscopy using a JEM2100F microscope showed that high reproducibility of InAs layer thicknesses of 1.5 nm and GaSb 3.0 nm and sharp InAs - GaSb superlattice boundaries on a GaSb substrate are ensured. The photoluminescence spectra of the grown samples showed a high reproducible band structure of the superlattice material.
Пример 3. Методом МОСГФЭ изготавливали наногетероструктуру, содержащую последовательно выращенные пять пар чередующихся эпитаксиальных слоев GaSb и InAs на подложке GaSb (001). Давление в реакторе составляло 76 мм рт.ст. Газ-носитель - очищенный водород, суммарный поток через реактор составлял 6 литров/мин. Источники элементов для роста: триметилиндий (TMIn), триэтилгаллий (TEGa), триметилсурьма (TMSb) и арсин (AsH3). Температура роста для слоев GaSb и InAs составляла 500°С, а соотношение молярных потоков элементов V/III имело значение: для InAs - V/III = 11 и для GaSb V/III = 15. После выращивания каждого из слоев прекращали подачу в зону роста реагентов и подавали только водород в течение времени t, определяемого из соотношения (1), для полной смены газовой смеси в зоне роста. Затем подаются реагенты для выращивания слоя другого состава, причем подачу реагентов начинают с подачи арсина в случае InAs и триэтилгаллия в случае GaSb. Исследования микроструктуры образцов методом просвечивающей электронной микроскопии на микроскопе JEM2100F показали высокую воспроизводимость толщин слоев InAs - 1 nm и GaSb - 2,5 nm и резкие границы сверхрешетки InAs - GaSb на подложке GaSb. Спектры фотолюминесценции выращенных образцов показали высокую воспроизводимость зонной структуры материала сверхрешетки.Example 3. Using the MOSHFE method, a nanoheterostructure was prepared containing five pairs of alternating epitaxial layers of GaSb and InAs sequentially grown on a GaSb (001) substrate. The pressure in the reactor was 76 mm Hg. The carrier gas is purified hydrogen, the total flow through the reactor was 6 liters / min. Sources of growth elements: trimethylindium (TMIn), triethyl gallium (TEGa), trimethyl antimony (TMSb) and arsine (AsH3). The growth temperature for the GaSb and InAs layers was 500 ° С, and the ratio of the molar fluxes of the V / III elements was significant: for InAs, V / III = 11 and for GaSb V / III = 15. After growing each of the layers, the supply to the growth zone was stopped reagents and only hydrogen was supplied for a time t determined from relation (1) to completely change the gas mixture in the growth zone. Then reagents are supplied for growing a layer of a different composition, and the reagent supply begins with the supply of arsine in the case of InAs and triethyl gallium in the case of GaSb. Studies of the microstructure of the samples by transmission electron microscopy using a JEM2100F microscope showed a high reproducibility of the thicknesses of the InAs - 1 nm and GaSb - 2.5 nm layers and sharp boundaries of the InAs - GaSb superlattice on a GaSb substrate. The photoluminescence spectra of the grown samples showed a high reproducibility of the band structure of the superlattice material.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015152557A RU2611692C1 (en) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | Method of producing nanoheterostructure with superlattice |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015152557A RU2611692C1 (en) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | Method of producing nanoheterostructure with superlattice |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2611692C1 true RU2611692C1 (en) | 2017-02-28 |
Family
ID=58459434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015152557A RU2611692C1 (en) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | Method of producing nanoheterostructure with superlattice |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2611692C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020004253A1 (en) * | 2000-03-08 | 2002-01-10 | Ooi Boon Siew | Quantum well intermixing |
| EP2461374A1 (en) * | 2009-08-01 | 2012-06-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor element and method for manufacturing same |
| RU138028U1 (en) * | 2013-05-23 | 2014-02-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования и науки Санкт-Петербургский Академический университет - научно-образовательный центр нанотехнологий Российской академии наук | PHOTOELECTRIC INFRARED CASCADE BASED ON InAs / GaAsN NANOGETEROSTRUCTURE ON THE GALLIUM ARSENIDE SUBSTRATE |
| US20140353586A1 (en) * | 2013-05-31 | 2014-12-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor element and method for producing the same |
| US9129808B2 (en) * | 2010-10-06 | 2015-09-08 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Epitaxial wafer, photodiode, optical sensor device, and methods for producing epitaxial wafer and photodiode |
-
2015
- 2015-12-09 RU RU2015152557A patent/RU2611692C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020004253A1 (en) * | 2000-03-08 | 2002-01-10 | Ooi Boon Siew | Quantum well intermixing |
| EP2461374A1 (en) * | 2009-08-01 | 2012-06-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor element and method for manufacturing same |
| US9129808B2 (en) * | 2010-10-06 | 2015-09-08 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Epitaxial wafer, photodiode, optical sensor device, and methods for producing epitaxial wafer and photodiode |
| RU138028U1 (en) * | 2013-05-23 | 2014-02-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования и науки Санкт-Петербургский Академический университет - научно-образовательный центр нанотехнологий Российской академии наук | PHOTOELECTRIC INFRARED CASCADE BASED ON InAs / GaAsN NANOGETEROSTRUCTURE ON THE GALLIUM ARSENIDE SUBSTRATE |
| US20140353586A1 (en) * | 2013-05-31 | 2014-12-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor element and method for producing the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bergbauer et al. | N-face GaN nanorods: Continuous-flux MOVPE growth and morphological properties | |
| CN101681813A (en) | Nitride nanowires and method of producing the same | |
| Li et al. | Exploring the optimum growth conditions for InAs/GaSb and GaAs/GaSb superlattices on InAs substrates by metalorganic chemical vapor deposition | |
| Lee et al. | High-quality metamorphic compositionally graded InGaAs buffers | |
| Isakov et al. | Growth of ZnO and ZnMgO nanowires by Au‐catalysed molecular‐beam epitaxy | |
| Lee et al. | Evolution between self-assembled single and double ring-like nanostructures | |
| Forghani et al. | Low temperature growth of GaAs1− yBiy epitaxial layers | |
| JP2007515791A (en) | Method for growing nitride semiconductor layer and nitride semiconductor light emitting device using the same | |
| Azimi et al. | Tuning the crystal structure and optical properties of selective area grown InGaAs nanowires | |
| Kumar et al. | Self-assembled flower-like nanostructures of InN and GaN grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy | |
| Den Hertog et al. | Insertion of CdSe quantum dots in ZnSe nanowires: Correlation of structural and chemical characterization with photoluminescence | |
| Jin et al. | Optical properties and bonding behaviors of InSbN alloys grown by metal-organic chemical vapor deposition | |
| RU2611692C1 (en) | Method of producing nanoheterostructure with superlattice | |
| Wirths et al. | Growth studies of doped SiGeSn/strained Ge (Sn) heterostructures | |
| Yan et al. | Realization of Stranski–Krastanow InAs quantum dots on nanowire-based InGaAs nanoshells | |
| US20080217652A1 (en) | Growth of AsSb-Based Semiconductor Structures on InP Substrates Using Sb-Containing Buffer Layers | |
| Ji et al. | Self-seeded MOCVD growth and dramatically enhanced photoluminescence of InGaAs/InP core–shell nanowires | |
| Albert et al. | Ordered GaN/InGaN nanorods arrays grown by molecular beam epitaxy for phosphor-free white light emission | |
| US9735008B2 (en) | Use of surfactants to control island size and density | |
| Qi et al. | Ge quantum dots encapsulated by AlAs grown by molecular beam epitaxy on GaAs without extended defects | |
| US8242538B1 (en) | Method and device for growing pseudomorphic A1InAsSb on InAs | |
| RU2723029C1 (en) | METHOD FOR SYNTHESIS OF METASTABLE COMPOUNDS (In,Ga)N IN FILAMENTARY NANOCRYSTALS | |
| Suzuki et al. | Effects of nitrogen precursor on the Au-assisted vapor–liquid–solid growth of GaAs (N) nanostructures | |
| Ahia et al. | Development of InSb Nanostructures on GaSb Substrate by Metal-Organic Chemical Vapour Deposition: Design Considerations and Characterization | |
| Giussani et al. | Integration of thin Al films on In 0.18 Ga 0.82 As metamorphic grade structures for low-cost III-V photovoltaics |