SU1730217A1 - Способ выращивани малодислокационных монокристаллов арсенида галли - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способу получени  малодислокационных монокристаллов арсенида галли  и позвол ет увеличить однородность распределени  дислокаций в объеме монокристалла. Кристалл выращивают выт гиванием на затравку из-под сло  флюса под давлением, охлаждают во фл юсе до 700 - 850°С и снижают давление до величины не более 50 мм рт. ст. 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к технологии получени  малодислокационных монокристаллов арсенида галли , используемых в микроэлектронике при производстве сверхскоростных ИС и других приборов.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению  вл етс  способ выращивани  монокрирталлов арсенида галли  под флюсом по методу Киропулоса при давлении инертного газа в камере роста 30 ати с плотностью дислокаций 2-103 - 3-104 по длине слитка за счет создани  низкого температурного градиента, обеспечивающего мини- мальные напр жени  в кристалле в процессе выращивани .

Способ включает проведение в камере роста синтеза из исходных галли  и мышь ка , плавление полученного поликристаллического материала, затравление на монокристалл, выход на диаметр и выращивание кристалла с минимальной скоростью, охлаждение кристалла под флюсом, извлечение монокристалла из флюса, охлаждение монокристалла до комнатной температуры и снижение давлени  до атмосферного.

Недостатками способа  вл ютс  повышенна  неоднородность распределени  дислокаций в объеме монокристалла и больша  веро тность растрескивани  его, что св зано с неравномерным охлаждением наружных и внутренних областей кристалла при извлечении его из-под флюса, вызванным термоконвекцией остаточного компрессионного газа, обладающего большой теплопроводностью. Это приводит к возникновению термоупругих напр жений, превышающих допустимые критические сдвиговые напр жени  решетки и, следовательно , к возникновению дислокаций и растрескиванию кристалла.

Цель изобретени  - увеличение однородности распределени  дислокаций в объеме монокристалла.

Сущность способа состоит в том, что выращенный монокристалл арсенида галСО

VI

СО

о

N) v|

ли  охлаждают под флюсом до 700-850°С, снижают давление газа в камере до величины , не превышающей 50 мм рт. ст., извлекают монокристалл из-под флюса и охлаждают его до комнатной температуры в среде, где конвективные потоки сведены к минимуму, тепловое поле стабильное и равновесное, температурный градиент минимальный. В результате веро тность возникновени  термоупругих напр жений в кристалле сведена к минимуму.

С созданием таких условий резко повышаетс  возможность получени  малодислокационных монокристаллов арсенида галли , достигаетс  однородность распределени  дислокаций и электрофизических параметров в объеме кристалла. Кроме того, исключаютс  термоудары и растрескивание кристалла.

При давлении газа в камере роста перед извлечением кристалла из-под флюса более 50 мм рт. ст. увеличиваетс  конвекци  газа в камере, вследствие этого нарушаетс  симметри  теплового пол , увеличиваютс  температурный градиент и термонапр жени  в кристалле при его извлечении из флюса, нарушаетс  упор дочение кристаллической решетки, возрастает неравномерность распределени  плотности дислокаций в объеме кристалла.

Оптимальное давление в камере роста при охлаждении кристалла до комнатной температуры составл ет 5 -5 10 2мм рт. ст. Извлечение кристалла из-под флюса нецелесообразно проводить в камере роста в среде с давлением газа менее мм рт. ст., поскольку полученный положительный эффект больше не усиливаетс , а затраты времени на проведение процесса неопределенно увеличиваютс .

Охлаждение монокристалла под флюсом провод т со скоростью 25 - 50°С/ч до 700- 850°С, давление газа в камере роста снижают со скоростью 0,5 - 2 атм/ч, скорость извлечени  кристалла из-под флюса со- ставл ет 10 - 20 мм/ч и скорость охлаждени  кристалла до комнатной температуры - 25 - 50°С/ч.

Пример 1. В тепловую систему камеры установки Астра устанавливают тигель из высокочистого пиролитического нитрида бора диаметром 100 мм, в который загружают 1500 г высокочистого поликристаллического арсенида галли , 0,45 г оксида ванади  (N/265) и 400 г обезвоженного борного ангидрида (флюса). Тигель помещают в повтор ющую его форму графитовую подставку, установленную через переходник на нижнем штоке камеры установки. На

верхнем штоке укрепл ют держатель с монокристаллической затравкой ориентации /100/ размером 4x4x50 мм. Провод т герметизацию камеры (откачивают воздух и на- 5 пускают азот под давлением 1,0 ати). Нагревают тигель с исходной загрузкой до температуры плавлени  флюса и далее до температуры плавлени  поликристаллического арсенида галли . На поверхности

0 флюса с помощью верхнего нагревател  создают температуру 1180°С (контроль термопарой ), при этом давление азота поднимаетс  до 3 ати. С помощью набора активных экранировок подбирают градиент

5 температуры на фронте кристаллизации, равный 10°С/см. Снижают температуру расплава до начала кристаллизации, опускают затравку в расплав и обычным приемом по методу Чохральского провод т

0 затравление под слоем флюса на монокристаллический рост, затем разращивание до диаметра 80 мм и рост кристалла под флюсом с помощью заданной программы от ЭВМ.

5 Устанавливают скорость роста монокристалла 1 мм/ч (сброс температуры 3°С/ч).

Выращенный монокристалл охлаждают под флюсом до 825°С со скоростью 50°С/ч. Сбрасывают противодавление азота в каме0 ре установки до атмосферного со скоростью 2 ати/ч. После этого создают в камере роста давление газа 5-10 мм рт. ст., извлекают монокристалл из флюса со скоростью 15 мм/ч до выхода нижнего торца кристалла на

5 высоту 10 мм от поверхности флюса и провод т его охлаждение до комнатной температуры со скоростью 50°С/ч.

Выращенный готовый монокристалл диаметром 80 мм и длиной 50 мм извлека0 ют из камеры роста. Провод т визуальный внешний осмотр его и затем передают на передел резки дл  отрезани  сверху и снизу кристалла контрольных пластин дл  последующего определени  однородности

5 распределени  дислокаций и электрофизических параметров.

Полученный монокристалл арсенида галли  имеет следующие параметры: Ng (верх.) 1,6 103 , Ng (низ) 1,2 103 ,

0 р (верх) 1,2-108 Ом- см р (низ) 1,1-103 Ом-см, /4. (верх) 5480 см2/В-с; /гниз 5500 см2/В с.

В таблице приведены примеры выполнени  способа (примеры 1 - б в пределах

5 за вл емых параметров, пример 7 - с выходом за предел; пример 8 - по способу-прототипу ).

Из таблицы видно, что кристаллы, выращенные по предлагаемому способу, имеют

лучшую однородность распределени  дислокаций , чем по прототипу.

Claims (1)

1. Предлагаемый способ получени  монокристаллов арсенида галли  позвол ет повысить однородность распределени  дислокаций в объеме кристалла и однородность распределени  электрофизических параметров в объеме кристалла, исключить растрескивание Кристаллов в процессе охлаждени  и последующей резки на пластины , повысить выход годных пластин. Формула изобретени  Способ выращивани  малодислокационных монокристаллов арсенида галли ,

   включающий затравливание, разращивание конусной части, выт гивание кристалла из расплава, покрытого слоем флюса, под давлением , превышающим равновесное давление паров мышь ка, охлаждение под флюсом и извлечение кристалла из-под флюса, отл ича ющи йс  тем,что, с целью увеличени  однородности распределени  дислокаций в объеме монокристалла, охлаждение ведут до 700-850°С и перед извлечением кристалла из-под флюса давление газа уменьшают до величины не более 50 мм рт. ст.