RU2660415C1 - Method for manufacturing the ingaasp/inp heterostructure of photoconverter - Google Patents
Method for manufacturing the ingaasp/inp heterostructure of photoconverter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2660415C1 RU2660415C1 RU2017126798A RU2017126798A RU2660415C1 RU 2660415 C1 RU2660415 C1 RU 2660415C1 RU 2017126798 A RU2017126798 A RU 2017126798A RU 2017126798 A RU2017126798 A RU 2017126798A RU 2660415 C1 RU2660415 C1 RU 2660415C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inp
- phosphine
- trimethylindium
- ingaasp
- tmin
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 229910000073 phosphorus hydride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims abstract description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 229910000070 arsenic hydride Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 9
- 238000001330 spinodal decomposition reaction Methods 0.000 description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 4
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical group 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 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
-
- 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
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к способам изготовления фотопреобразователей на основе гетероструктуры InGaAsP/InP.The invention relates to electronic equipment, and more particularly to methods for manufacturing photoconverters based on the InGaAsP / InP heterostructure.
Твердые растворы соединений А3В5 находят широкое применение в различных областях оптоэлектроники, в частности в лазерах и фотодетекторах, работающих при комнатной температуре в спектральном ИК-диапазоне. Основным недостатком твердых растворов InxGa1-xAsyP1-y, ограничивающих их применение, является наличие достаточно протяженных областей несмешиваемости и неустойчивости (область спинодального распада 0,59<x<0,8, 0,55<у<0,92). Распад определяется внутренними напряжениями и сильно зависит от толщины материала, так как при малых толщинах внутренние напряжения компенсируются пластической деформацией. Применительно к фотопреобразователям необходимы толщины активных слоев не менее длины волны поглощения (не менее 1 мкм), что невозможно изготовить известными способами, так как характеристики слоя деградируют вследствие распада. Выращивание твердых растворов А3В5 во всем диапазоне составов позволит существенно расширить спектральный диапазон фотопреобразователей.Solid solutions of А3В5 compounds are widely used in various fields of optoelectronics, in particular, in lasers and photodetectors operating at room temperature in the infrared spectral range. The main disadvantage of the In x Ga 1-x As y P 1-y solid solutions limiting their use is the presence of sufficiently extended immiscibility and instability regions (the region of spinodal decomposition is 0.59 <x <0.8, 0.55 <y <0 , 92). The decay is determined by internal stresses and strongly depends on the thickness of the material, since at small thicknesses the internal stresses are compensated by plastic deformation. As applied to photoconverters, the thickness of the active layers is not less than the absorption wavelength (not less than 1 μm), which cannot be made by known methods, since the characteristics of the layer degrade due to decay. The growth of A3B5 solid solutions in the entire range of compositions will significantly expand the spectral range of photoconverters.
Известен способ изготовления полупроводникового фоточувствительного прибора методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений (см. заявка US 2001048118, МПК С23С 16/30, H01L 21/205, H01L 31/0304, опубликована 29.09.2005), заключающийся в выращивании на подложке InP повторяющихся слоев InGaAs: стресс-компенсирующего слоя с накоплением в нем сжимающих напряжений, имеющего состав, который постепенно изменяется по толщине в направлении роста, и фоточувствительного слоя. Фоточувствительный слой выращивают толщиной, большей толщины стресс-компенсирующего слоя.A known method of manufacturing a semiconductor photosensitive device by the method of gas-phase epitaxy from organometallic compounds (see application US 2001048118, IPC С23С 16/30, H01L 21/205, H01L 31/0304, published September 29, 2005), which consists in growing repeated InGaAs layers on an InP substrate : stress-compensating layer with the accumulation of compressive stresses in it, having a composition that gradually changes in thickness in the direction of growth, and a photosensitive layer. The photosensitive layer is grown with a thickness greater than the thickness of the stress-compensating layer.
В известном способе при выращивании слоев с составами в области спинодального распада возникающие напряжения будут быстро накапливаться и приводить к распаду фоточувствительных слоев.In the known method, when growing layers with compositions in the region of spinodal decomposition, the resulting stresses will quickly accumulate and lead to the decay of photosensitive layers.
Известен способ изготовления полупроводникового фотодетектора (см. заявка JP 05283730, МПК H01L 21/20, H01L 31/10, опубликована 29.10.1993), путем выращивания на подложке InP пяти фоточувствительных слоев GaInAs (с краем собственного поглощения 1,75 мкм), не согласованных по постоянной кристаллической решетки с подложкой InP, при этом между фоточувствительными слоями выращивают четыре сверхрешетки для снятия накапливающихся упругих напряжений.A known method of manufacturing a semiconductor photodetector (see application JP 05283730, IPC H01L 21/20, H01L 31/10, published October 29, 1993), by growing on a InP substrate five photosensitive GaInAs layers (with an intrinsic absorption edge of 1.75 μm), not matched by the lattice constant with the InP substrate, four superlattices are grown between the photosensitive layers to relieve the accumulating elastic stresses.
В известном способе выращивание рассогласованных фоточувствительных слоев и сверхрешеток усложняет конструкцию фотодетектора. Кроме того, отсутствует возможность выращивания полупроводниковых слоев, попадающих в область спинодального распада.In the known method, growing mismatched photosensitive layers and superlattices complicates the design of the photodetector. In addition, there is no possibility of growing semiconductor layers falling into the region of spinodal decay.
Известен способ изготовления фотоэлектрического детектора (патент CN 103646997, МПК H01L 31/18, опубликован 11.11.2015). Способ заключается в последовательном выращивании слоев: буферного слоя InP, десяти пар слоев InP/InGaAsP, обеспечивающих оптическую фильтрацию (оптический фильтр), двух светосогласующих слоев InGaAsP и трех светопоглощающих гетероструктур из InGaAs.A known method of manufacturing a photoelectric detector (patent CN 103646997, IPC H01L 31/18, published 11.11.2015). The method consists in sequentially growing layers: an InP buffer layer, ten pairs of InP / InGaAsP layers providing optical filtering (optical filter), two light-matched InGaAsP layers and three light-absorbing InGaAs heterostructures.
Недостатком известного способа является использование материалов, находящихся вне области спинодального распада и не обеспечивающих необходимый диапазон ширин запрещенной зоны.The disadvantage of this method is the use of materials that are outside the region of spinodal decomposition and do not provide the necessary range of widths of the forbidden zone.
Известен способ изготовления гетероструктуры InGaAsP/InP фотопреобразователя (S. Ritchie, Р.С. Spurdens, N.P. Hewett, and М.R. Aylett, «Interference filters using indium phosphide - based epitaxial layers grown by metalorganic vapor phase epitaxy», Appl. Phys. Lett. 55 (17) 1989, pp. 1713-1714). Известный способ включает последовательное выращивание методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений (МОСГФЭ) на подложке InP в потоке очищенного водорода гетероструктуры из 81 чередующихся слоев In0,58Ga0,42As0,93P0,07 (Eg~0,8 эВ) и InP. Толщина каждого слоя составляла порядка 100 нм, а вся структура в целом имела толщину 10 мкм.A known method of manufacturing an InGaAsP / InP heterostructure of a photoconverter (S. Ritchie, P.S. Spurdens, NP Hewett, and M.R. Aylett, "Interference filters using indium phosphide - based epitaxial layers grown by metalorganic vapor phase epitaxy", Appl. Phys Lett. 55 (17) 1989, pp. 1713-1714). The known method involves the sequential growth by gas-phase epitaxy from organometallic compounds (MOSHFE) on an InP substrate in a stream of purified hydrogen heterostructure of 81 alternating layers of In 0.58 Ga 0.42 As 0.93 P 0.07 (Eg ~ 0.8 eV) and InP. The thickness of each layer was about 100 nm, and the whole structure as a whole had a thickness of 10 μm.
Известным способом выращивали слои InGaAsP, лежащие вне области спинодального распада (не имевшие необходимый спектральный диапазон чувствительности), при этом толщина барьерных слоев InP составляла более 100 нм, что не обеспечивает туннельную связь слоев твердых растворов, а в целом гетероструктура представляла набор не связанных между собой квантовых ям.In a known manner, InGaAsP layers were grown that were outside the region of spinodal decomposition (which did not have the necessary spectral sensitivity range), while the thickness of the InP barrier layers was more than 100 nm, which does not provide tunnel coupling of the layers of solid solutions, and in general the heterostructure was a set of unrelated quantum wells.
Наиболее близким по технической сущности и по совокупности существенных признаков к настоящему техническому решению является способ изготовления гетероструктуры InGaAsP/InP фотопреобразователя, принятый в качестве прототипа (Р.В. Левин, А.Е. Маричев, Е.П. Марухина, М.З. Шварц, Б.В. Пушный, В.П. Хвостиков, М.Н. Мизеров, В.М. Андреев «Фотоэлектрические преобразователи концентрированного солнечного излучения на основе InGaAsP (1,0 эВ)/InP гетероструктур», ФТП, т. 49, в. 5, стр. 715-718, 2015) выращивания методом газофазной эпитаксии из металлорганических соединений при пониженном давлении твердых растворов In0.8Ga0.2As0.46P0.54 толщиной 0,5-1,5 мкм на подложках InP. Эпитаксиальная структура была выращена при давлении 100 мбар и температуре 600°C.The closest in technical essence and in the aggregate of essential features to this technical solution is the method of manufacturing the InGaAsP / InP heterostructure of the photoconverter adopted as a prototype (R.V. Levin, A.E. Marichev, E.P. Marukhina, M.Z. Schwartz, B.V. Pushny, V.P. Khvostikov, M.N. Mizerov, V.M. Andreev "Concentrated solar radiation photoelectric converters based on InGaAsP (1.0 eV) / InP heterostructures", FTP, vol. 49 , V. 5, pp. 715-718, 2015) growth by the method of gas-phase epitaxy from organometallic compounds reduced pressure and solid solutions of In 0.8 Ga 0.2 As 0.46 P 0.54 0.5-1.5 microns thick on InP substrates. The epitaxial structure was grown at a pressure of 100 mbar and a temperature of 600 ° C.
Способом-прототипом выращивали гетероструктуру из слоев твердых растворов In0.8Ga0.2As0,46P0.54, лежащих вне области спинодального распада, не обеспечивающих необходимый диапазон ширин запрещенной зоны (фоточувствительность фотопреобразователя в диапазоне длин волн 0,90-1,25 мкм).The prototype method was used to grow a heterostructure from layers of In 0.8 Ga 0.2 As0 , 46 P 0.54 solid solutions lying outside the region of spinodal decomposition that did not provide the necessary band gap (photosensitivity of the photoconverter in the wavelength range of 0.90-1.25 μm).
Задачей настоящего изобретения являлась разработка способа изготовления гетероструктуры InGaAsP/InP фотопреобразователя, который бы позволял выращивать достаточно толстый стабильный фоточувствительный слой в области спинодального распада четырехкомпонентного твердого раствора InGaAsP, что обеспечивает фоточувствительность фотопреобразователя в диапазоне длин волн 1,25-1,55 мкм.The objective of the present invention was to develop a method of manufacturing an InGaAsP / InP heterostructure of a photoconverter, which would allow to grow a sufficiently thick stable photosensitive layer in the region of spinodal decomposition of a four-component InGaAsP solid solution, which provides photosensitivity of the photoconverter in the wavelength range of 1.25-1.55 μm.
Поставленная задача решается тем, что способ изготовления гетероструктуры InGaAsP/InP фотопреобразователя включает последовательное выращивание методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений на подложке InP в потоке очищенного водорода при пониженном давлении и при температуре эпитаксии буферного слоя InP из триметилиндия (TMIn) и фосфина (РН3) и слоя InGaAsP, из триметилиндия (TMIn), триэтилгаллия (TEGa), арсина (AsH3) и фосфина (РН3). Новым в способе является то, что выращивают слой InxGa1-xAsyP1-y, где 0,59<х<0,80 и 0,55<у<0,92, при соотношении молярных потоков F: (FAsH3+FPH3)/(FTEGa+FTMIn)=80-130, FTEGa/(FTEGa/FTMIn)=0,15-0,39 и FAsH3/(FAsH3+FPH3)=0,018-0,111) путем последовательного выращивания субслоев InxGa1-xAsyP1-y толщиной не более 100 нм, при этом после выращивания каждого субслоя InxGa1-xAsyP1-y прекращают подачу триметилиндия, триэтилгаллия, арсина и фосфина на (5-30) с.The problem is solved in that the method of manufacturing the InGaAsP / InP heterostructure of the photoconverter includes sequential growth by gas phase epitaxy from organometallic compounds on an InP substrate in a stream of purified hydrogen under reduced pressure and at an epitaxy temperature of the InP buffer layer from trimethylindium (TMIn) and phosphine (PH 3 ) and an InGaAsP layer of trimethylindium (TMIn), triethyl gallium (TEGa), arsine (AsH 3 ) and phosphine (PH 3 ). New in the method is that the In x Ga 1-x As y P 1-y layer is grown , where 0.59 <x <0.80 and 0.55 <y <0.92, with the molar flux ratio F: ( F AsH3 + F PH3 ) / (F TEGa + FTMIn) = 80-130, F TEGa / (F TEGa / F TMIn ) = 0.15-0.39 and F AsH3 / (F AsH3 + F PH3 ) = 0.018- 0.111) by successively growing the In x Ga 1-x As y P 1-y sublayers with a thickness of not more than 100 nm, and after growing each In x Ga 1-x As y P 1-y sublayer, trimethylindium, triethyl gallium, arsine, and phosphine for (5-30) s.
Буферный слой InP может быть выращен при температуре (600-650)°C при соотношении молярных потоков РН3/TMIn=200-300 в течение (20-60) мин.The InP buffer layer can be grown at a temperature of (600-650) ° C with a molar flux ratio PH 3 / TMIn = 200-300 for (20-60) min.
Слой InxGa1-xAsyP1-y предпочтительно выращивают суммарной толщиной более 1 мкм.The In x Ga 1-x As y P 1-y layer is preferably grown with a total thickness of more than 1 μm.
Настоящий способ изготовления гетероструктуры InGaAsP/InP фотопреобразователя осуществляют следующим образом. Последовательно выращивают методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений на предварительно протравленной подложке InP в травителе HBr : K2Cr2O7 : H2O в течение 5 мин, либо на так называемой "epi-ready" (без обработки) подложке n-InP в потоке очищенного водорода при пониженном давлении при температуре эпитаксии в диапазоне 600-650°C буферного слоя InP из триметилиндия (TMIn) и фосфина (РН3) при соотношении молярных потоков FPH3/FTMIn=200-300 в течение (20-60) мин. Использование при выращивании пониженного давления обусловило улучшение однородности по толщине растущих слоев за счет увеличения скорости движения газов без изменения потока массы, подаваемой в реактор смеси газов. Температурный диапазон 600-650°C обусловлен более эффективным (близким к 100%) разложением используемых гидридов: арсина (AsH3) и фосфина (РН3). Применяемый диапазон соотношений молярных потоков FPH3/FTMIn, равный 200-300, объясняется высокими структурными и электрофизическими свойствами выращиваемых слоев InP. Использование временного диапазона выращивания буферного слоя InP в течение 20-60 мин обусловлено скоростью роста и необходимостью обеспечения толщины слоя InP в диапазоне 0,5-1.5 мкм. Затем на буферном слое InP выращивают слой InxGa1-xAsyP1-y, где 0,59<х<0,80 и 0,55<у<0,92. Используемый диапазон составов объясняется спектральной чувствительностью фотопреобразователей с краем собственного поглощения в диапазоне 1,25-1,55 мкм, важном как для волоконных линий связи, так и для беспроводной передачи энергии на расстоянии из-за наличия окон прозрачности земной атмосферы. Слой InxGa1-xAsyP1-y формируют путем последовательного выращивания субслоев InxGa1-xAsyP1-y из триметилиндия, триэтилгаллия (TEGa), арсина (AsH3) и фосфина при соотношении молярных потоков (FAsH3+FPH3)/(FTEGa+FTMIn)=80-130, FTEGa/(FTEGa+FTMIn)=0,15-0,39 и FAsH3/(FAsH3+FPH3)=0,018-0,111 толщиной не более 100 нм, при этом после выращивания каждого субслоя InxGa1-xAsyP1-y прекращают подачу триметилиндия, триэтилгаллия, арсина и фосфина на (5-30) с. Диапазон соотношения молярных потоков F: (FAsH3+FPH3)/(FTEGa+FTMIn)=80-130 обусловлен высокими структурными и электрофизическими свойствами выращиваемых в этом диапазоне слоев твердых растворов InxGa1-xAsyP1-y с составами (0,59<х<0,80 и 0,08<у<0,55). Использование соотношений молярных потоков FTEGa/(FTEGa+FTMIn)=0,15-0,39 и FAsH3/(FAsH3+FPH3)=0,018-0,111 объясняется необходимостью получения слоев InxGa1-xAsyP1-y в необходимом диапазоне составов (0,59<х<0,80 и 0,55<у<0,92), при этом толщина этих слоев (не более 100 нм) обусловлена предельной толщиной слоев InxGa1-xAsyP1-y, при которой они остаются стабильными и не распадаются на равновесные составы. Использование границ временного интервала (5-30 с) пауз между ростом отдельных субслоев объясняется геометрией применяемого реактора и скоростью потока газов, необходимой для полной смены газовой смеси в зоне роста.The present method of manufacturing an InGaAsP / InP photoconverter heterostructure is as follows. Sequentially grown by gas-phase epitaxy from organometallic compounds on a pre-etched InP substrate in the etchant HBr: K 2 Cr 2 O 7 : H 2 O for 5 min, or on the so-called "epi-ready" (without treatment) n-InP substrate in a stream of purified hydrogen under reduced pressure at an epitaxy temperature in the range of 600-650 ° C of the InP buffer layer of trimethylindium (TMIn) and phosphine (PH 3 ) with a molar flux ratio F PH3 / F TMIn = 200-300 for (20-60) min The use of reduced pressure in growing led to an improvement in the uniformity in thickness of the growing layers by increasing the speed of the gases without changing the mass flow supplied to the reactor gas mixture. The temperature range of 600-650 ° C is due to a more efficient (close to 100%) decomposition of the hydrides used: arsine (AsH 3 ) and phosphine (PH 3 ). The applied range of molar flux ratios F PH3 / F TMIn , equal to 200-300, is explained by the high structural and electrophysical properties of the grown InP layers. The use of the time range for growing the InP buffer layer for 20–60 min is due to the growth rate and the need to ensure the InP layer thickness in the range 0.5–1.5 μm. Then, an In x Ga 1-x As y P 1-y layer is grown on the InP buffer layer, where 0.59 <x <0.80 and 0.55 <y <0.92. The range of compositions used is explained by the spectral sensitivity of photoconverters with an intrinsic absorption edge in the range of 1.25-1.55 μm, which is important both for fiber communication lines and for wireless transmission of energy at a distance due to the presence of transparency windows of the earth's atmosphere. The In x Ga 1-x As y P 1-y layer is formed by successively growing the In x Ga 1-x As y P 1-y sublayers of trimethylindium, triethyl gallium (TEGa), arsine (AsH 3 ) and phosphine at a molar flux ratio ( F AsH3 + F PH3 ) / (F TEGa + F TMIn ) = 80-130, F TEGa / (F TEGa + F TMIn ) = 0.15-0.39 and F AsH3 / (F AsH3 + F PH3 ) = 0.018 -0.111 with a thickness of not more than 100 nm, and after growing each sublayer In x Ga 1-x As y P 1-y, the supply of trimethylindium, triethyl gallium, arsine and phosphine is stopped for (5-30) s. The range of the molar flux ratio F: (F AsH3 + F PH3 ) / (F TEGa + F TMIn ) = 80-130 is due to the high structural and electrophysical properties of the In x Ga 1-x As y P 1-y solid solution layers grown in this range with compositions (0.59 <x <0.80 and 0.08 <y <0.55). The use of molar flux ratios F TEGa / (F TEGa + F TMIn ) = 0.15-0.39 and F AsH3 / (F AsH3 + F PH3 ) = 0.018-0.111 is explained by the need to obtain In x Ga 1-x As y P layers 1-y in the required composition range (0.59 <x <0.80 and 0.55 <y <0.92), while the thickness of these layers (not more than 100 nm) is due to the limiting thickness of the In x Ga 1-x layers As y P 1-y, at which they remain stable and do not decompose into equilibrium compositions. The use of the boundaries of the time interval (5-30 s) of pauses between the growth of individual sublayers is explained by the geometry of the reactor used and the gas flow rate necessary for a complete change of the gas mixture in the growth zone.
Пример 1. Гетероструктура InGaAsP/InP фотопреобразователя была выращена на подложке n-InP (001), которая во время роста вращалась со скоростью 100 об/мин, методом МОСГФЭ на установке AIXTRON-200 с реактором горизонтального типа при давлении в реакторе 100 мбар, в суммарном потоке через реактор 5,5 л/мин газа-носителя (водорода) с точкой росы не хуже 100°C из источников элементов: триметилиндия, триэтилгаллия, фосфина и арсина при температуре роста 600°C. Вначале был выращен буферный слой InP толщиной 500 нм из триметилиндия (TMIn) и фосфина (РН3) при соотношении молярных потоков FPH3/FTMIn=300 в течение 20 минут. На буферном слое InP последовательно выращивали двенадцать слоев InxGa1-xAsyP1-y, где х=0,8 и у=0,55, из триметилиндия, триэтилгаллия, арсина и фосфина при соотношении молярных потоков (FAsH3+FPH3)/(FTEGa+FTMIn)=130, FTEGa/(FTEGa+FTMIn)=0,15 и FAsH3/(FAsH3+FPH3)=0,018 толщиной 85 нм. Структуры преднамеренно не легировались. После выращивания каждого из слоев InGaAsP прекращали подачу в зону роста реагентов на время, равное 30 с, в реактор подавали только водород, а затем вновь возобновляли подачу реагентов для выращивания следующего слоя InGaAsP.Example 1. The heterostructure of the InGaAsP / InP photoconverter was grown on an n-InP (001) substrate, which rotated at a speed of 100 rpm during growth using the MOSHFE method on an AIXTRON-200 setup with a horizontal reactor at a pressure in the reactor of 100 mbar, in the total flow through the reactor of 5.5 l / min of carrier gas (hydrogen) with a dew point of at least 100 ° C from sources of elements: trimethylindium, triethyl gallium, phosphine and arsine at a growth temperature of 600 ° C. Initially, a 500 nm thick InP buffer layer was grown from trimethylindium (TMIn) and phosphine (PH 3 ) with a molar flux ratio of F PH3 / F TMIn = 300 for 20 minutes. Twelve layers of In x Ga 1-x As y P 1-y, where x = 0.8 and y = 0.55, from trimethylindium, triethyl gallium, arsine and phosphine at a molar flux ratio of (F AsH3 +) were successively grown on an InP buffer layer F PH3 ) / (F TEGa + F TMIn ) = 130, F TEGa / (F TEGa + F TMIn ) = 0.15 and F AsH3 / (F AsH3 + F PH3 ) = 0.018 85 nm thick. The structures were not intentionally alloyed. After growing each of the InGaAsP layers, the supply of reagents to the growth zone was stopped for a time equal to 30 s, only hydrogen was fed into the reactor, and then the reagents were again resumed for growing the next InGaAsP layer.
Пример 2. Гетероструктура InGaAsP/InP фотопреобразователя была выращена на подложке n-InP (001), которая во время роста вращалась со скоростью 100 об/мин, методом МОСГФЭ на установке AIXTRON-200 с реактором горизонтального типа при давлении в реакторе 100 мбар, в суммарном потоке через реактор 5,5 л/мин газа-носителя (водорода) с точкой росы не хуже 100°C из источников элементов: триметилиндия, триэтилгаллия, фосфина и арсина при температуре роста 650°C. Вначале был выращен буферный слой InP толщиной 1 мкм из триметилиндия и фосфина при соотношении молярных потоков FPH3/FTMIn=200 в течение 60 мин. На буферном слое InP последовательно выращивали пятнадцать слоев InxGa1-xAsyP1-y, где х=0,59, у=0,92, из триметилиндия, триэтилгаллия, арсина (и фосфина при соотношении молярных потоков (FAsH3+FPH3)/(FTEGa+FTMIn)=80, FTEGa/(FTEGa+FTMIn)=0,39 и FAsH3/(FAsH3+FPH3)=0,111 толщиной 70 нм. Структуры преднамеренно не легировались. После выращивания каждого из слоев InGaAsP прекращали подачу в зону роста реагентов на время, равное 5 с, в реактор подавали только водород, а затем вновь возобновляли подачу реагентов для выращивания следующего слоя InGaAsP.Example 2. The heterostructure of the InGaAsP / InP photoconverter was grown on an n-InP (001) substrate, which rotated at a speed of 100 rpm during growth using the MOSHFE method on an AIXTRON-200 setup with a horizontal reactor at a pressure in the reactor of 100 mbar, in the total flow through the reactor of 5.5 l / min of carrier gas (hydrogen) with a dew point of not worse than 100 ° C from sources of elements: trimethylindium, triethyl gallium, phosphine and arsine at a growth temperature of 650 ° C. Initially, a 1 μm thick InP buffer layer was grown from trimethylindium and phosphine at a molar flux ratio of F PH3 / F TMIn = 200 for 60 minutes. Fifteen layers of In x Ga 1-x As y P 1-y were successively grown on the InP buffer layer , where x = 0.59, y = 0.92, from trimethylindium, triethyl gallium, arsine (and phosphine at a molar flux ratio (F AsH3 + F PH3 ) / (F TEGa + F TMIn ) = 80, F TEGa / (F TEGa + F TMIn ) = 0.39 and F AsH3 / (F AsH3 + F PH3 ) = 0.111 70 nm thick. The structures were deliberately not doped After growing each of the InGaAsP layers, the supply of reagents to the growth zone was stopped for a time equal to 5 s, only hydrogen was fed into the reactor, and then the supply of reagents was again resumed to grow the next InGaAsP layer.
Изготовленные гетероструктуры InGaAsP/InP фотопреобразователя имели стабильный фоточувствительный слой в области спинодального распада четырехкомпонентного твердого раствора InGaAsP. Фоточувствительность фотопреобразователя на основе гетероструктуры, изготовленной в примере 1, имела чувствительность в диапазоне длин волн 0,95-1,30 мкм, а фоточувствительность фотопреобразователя на основе гетероструктуры, изготовленной в примере 2, имела чувствительность в диапазоне длин волн 0,95-1,55 мкм.The fabricated InGaAsP / InP photoconverter heterostructures had a stable photosensitive layer in the region of spinodal decomposition of a four-component InGaAsP solid solution. The photosensitivity of the heterostructure-based photoconverter produced in Example 1 had a sensitivity in the wavelength range of 0.95-1.30 μm, and the photosensitivity of the heterostructure-based photoconverter made in Example 2 had a sensitivity in the range of 0.95-1, 55 microns.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017126798A RU2660415C1 (en) | 2017-07-25 | 2017-07-25 | Method for manufacturing the ingaasp/inp heterostructure of photoconverter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017126798A RU2660415C1 (en) | 2017-07-25 | 2017-07-25 | Method for manufacturing the ingaasp/inp heterostructure of photoconverter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2660415C1 true RU2660415C1 (en) | 2018-07-06 |
Family
ID=62815657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017126798A RU2660415C1 (en) | 2017-07-25 | 2017-07-25 | Method for manufacturing the ingaasp/inp heterostructure of photoconverter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2660415C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1983000073A1 (en) * | 1981-06-24 | 1983-01-06 | Western Electric Co | METHOD OF PREFERENTIALLY ETCHING OPTICALLY FLAT MIRROR FACETS IN InGaAsP/InP HETEROSTRUCTURES |
| US20010048118A1 (en) * | 2000-06-06 | 2001-12-06 | Fujitsu Quantum Devices Limited | Semiconductor photodetection device and fabrication process thereof |
| RU2318272C1 (en) * | 2006-06-05 | 2008-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН", ФГУП "НПО "ОРИОН" | METHOD FOR PRODUCING HIGH-SPEED MULTICOMPONENT PHOTODETECTORS BUILT AROUND EPITAXIAL STRUCTURES InGaAs/InP |
| CN103646997A (en) * | 2013-12-13 | 2014-03-19 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | Manufacturing method of evanescent wave coupling high-speed high-power photoelectric detector |
-
2017
- 2017-07-25 RU RU2017126798A patent/RU2660415C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1983000073A1 (en) * | 1981-06-24 | 1983-01-06 | Western Electric Co | METHOD OF PREFERENTIALLY ETCHING OPTICALLY FLAT MIRROR FACETS IN InGaAsP/InP HETEROSTRUCTURES |
| US20010048118A1 (en) * | 2000-06-06 | 2001-12-06 | Fujitsu Quantum Devices Limited | Semiconductor photodetection device and fabrication process thereof |
| RU2318272C1 (en) * | 2006-06-05 | 2008-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН", ФГУП "НПО "ОРИОН" | METHOD FOR PRODUCING HIGH-SPEED MULTICOMPONENT PHOTODETECTORS BUILT AROUND EPITAXIAL STRUCTURES InGaAs/InP |
| CN103646997A (en) * | 2013-12-13 | 2014-03-19 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | Manufacturing method of evanescent wave coupling high-speed high-power photoelectric detector |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Р.В.Левин и др., Фотоэлектрические преобразователи концентрированного солнечного излучения на основе InGaAsP/(1,0эВ)InP гетероструктур. ФТП, 2015, т.49, вып.5, стр.715-718. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Olsen et al. | Crystal growth and properties of binary, ternary and quaternary (In, Ga)(As, P) alloys grown by the hydride vapor phase epitaxy technique | |
| EP2320464B1 (en) | Photodiode array, method for manufacturing photodiode array, epitaxial wafer, and method for manufacturing epitaxial wafer | |
| WO2021212597A1 (en) | Quaternary system tensile strain semiconductor laser epitaxial wafer and preparation method therefor | |
| RU2660415C1 (en) | Method for manufacturing the ingaasp/inp heterostructure of photoconverter | |
| KR101399441B1 (en) | Multi-quantum well solar cell and method of manufacturing multi-quantum well solar cell | |
| CN104638516B (en) | The production method of Macrolattice mismatch is tunable quantum-well laser epitaxial chip | |
| Ren et al. | Selective-area InAsSb nanowires on InP for 3–5 μm mid-wavelength infrared optoelectronics | |
| JP2015211166A (en) | Semiconductor light-receiving element and method for manufacturing the same | |
| WO2011090040A1 (en) | Method for manufacturing epitaxial crystal substrate | |
| DE102011016366B4 (en) | III / V-Si template, its use and process for its preparation | |
| JPH06268315A (en) | Semiconductor laser | |
| US6159758A (en) | Method of improving laser yield for target wavelengths in epitaxial InGaAsP lasers based upon the thermal conductivity of the InP substrate | |
| JP2945464B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| Shin et al. | InSb, GaSb, and GaInSb grown using trisdimethylaminoantimony | |
| US5827365A (en) | Compound semiconductor and its fabrication | |
| EP0631298A2 (en) | Semiconductor epitaxial substrate and process for its production | |
| CN113675284B (en) | Wide-band ultraviolet detector based on semi-polar superlattice structure and preparation method thereof | |
| JP3109149B2 (en) | Compound semiconductor crystal growth method | |
| JP2003197948A (en) | Epitaxial wafer for photodetector, its manufacturing method, photodetector and its use | |
| KR101996424B1 (en) | Laser diode and manufacturing method thereof | |
| JPH03220717A (en) | Crystal growth apparatus | |
| EP3783639A1 (en) | Ingan epitaxial layer and manufacturing method thereof | |
| JPS63102222A (en) | Epitaxial growth method | |
| KR101358644B1 (en) | Method for growing nanowire | |
| JPH01255282A (en) | Manufacture of photodetector using superlattice structure |