Claims (5)
Изобретение относитс к области технологии полупроводниковых материалов , примен емых дл изготовлени различных приборов электронной техни ки и лазерной оптики. Известен способ эпитаксиального наращивани слоев полупроводниковых материалов при помощи химической реа ции с переносом вещества на поверхность менее нагретой подложки от более нагретого твердого источника исходного вещества, изготовленного из кристаллического порошка (шихты) или пластины, и поверхность которого рас положена параллельно подложке на бли ком рассто нии (от сотен микрон до 2 мм) от нее. Таким способом можно получить эпитаксиальные слои с соста вом, ВОСПРОИЗВОДЯЩИМ состав ИСХОДНОГ вещества в твердом источнике. Однако использование всех признаков ЭТОГО способа не. позвол ет выращивать монокристаллы с градиентом состава в плоскости роста слое (вдоль поверхности). Известен способ эпитаксиального наращивани полупроводниковых структур , осуществл емый с помощью устрой ства, заключаклцийс в том, что в про цессе наращивани эпитаксиального сло производ т смену источников путем вращени многосекционного источника , причем зазор между источником и подложкой заполнен жидким растворителем (расплаваСо ,9П ,Bi ,РЬ) и создан температурный градиент между источником и подложкой. Известен аналогичный способ получени МНОГОСЛОЙНЫХ структур, использующий жидкие сменные источники, который однако также не обеспечивает создани :Эпитаксиальных слоев с изменением ;состава вдоль поверхности,так как одна I подложка не может быть подведена одновременно к двум и более источникам различного состава. Наиболее близким к изобретению вл етс способ эпитаксиального выращивани полупроводниковых элементов из газовой фазы при переносе ветцества на подложку с помощью химической транспортной реакции от твердого источника, выполненного из кристаллической шихты; содержащей отдельные участки по поверхности в виде таблеток вещества, отличающихс ОТ основйого вещества источника степенью легировани или составом, на нараллельную источнику поверхность подлож ки, расположенной на близком рассто нии от него, в услови х температурного градиента. Однако по указанному способу также нельз вырастить эпитаксиальные слои полупроводни овых твердых растворов с градиентом состава вдоль поверхности , так как использование твердого источника из исходных веществ с отдельными локальными включе ни ми иного состава либо степени легировани не обеспечивает получени эпитаксиальных слоев с воспроизводимым законом изменени состава по одному из направлений вдоль поверхности при сохранении этого же закона изменени состава в любой плоскости сло , параллельной указанному градиенту состава. Цель изобретени - получение слое полупроводниковых твердых растворов с градиентом состава в плоскости рос та . Дл этого при эпитаксиальном выра щивании слоев твердых растворов полу проводниковых соединений путем перен са исходного материала из составного источника на подложку при их параллельном расположении с зазором в пол температурного градиента, перпендику л рного подложке и источнику, источник оставл ют: из параллельно расположенных полос исходного материала, имеющих дискретные составы, в пор дке изменени последних соответственн требуемому градиенту состава в плоскости роста. В качестве исходного материала источника берут бинарные соединени , образующие твердый раствор, в виде порошкообразной смеси различных соетавов . В качестве исходного материала источника берут также кристаллически пластины предварительно выращенного твердого раствора различных составов Перенос исходного материала с источника на подложку ведут с исполь зованием транспортирующего газа, например увлажненного водорода или хло ристого водорода в смеси с водородом Перенос исходного материала с источника на подложку ведут также с использованием расплава, например, галли . Пример 1. Дл осуществлени способа используют химический перено вещества через газовую фазу от источ ника переменного состава, который компонуют в кассете из шихты (механи ческой смеси порошковСс З и Cd6e ) крупностью зерен 0,01 - 0,015 мм из следующих составов Ccl5o,oi .)f ; Se 0,, ;Cd6o,o7 Эво з и т.д. до состава CdSo,gg Seo,«2На фиг,1 схематически показано ра положение иаточника в кассете и отно сительно подложки, на которую ведут эпитаксиальное выращивание; на фиг.2график изменени состава зон в кассете с загруженным источником вдоль одного направлени его рабочей поверхности . Источник 1 располагают в кассете 2, котора установлена в блоке 3. Подложка 4 дл выращивани сло расположена в блоке 5. Оба блока располагают в реакторе параллельно друг другу с зазором . В процессе осаждени сло с источника на подложку перенос осуществл ют транспортирующим газом, например водородом, подаваемым в зазор. Источник компонуют в углублени х кассеты 2, которые имеют глубину 3 мм, 20 полосовых зон шириной 1,5 мм и общую прот женность 10 мм. Обща рабоча поверхность источника составл ет 10 х 30 мм . Зоны располагают в источнике последовательно в пор дке возрастани содержани Cd 5 от Cd5o,oiSeog9 . Наращивание производ т на монокристаллическую подложку пТе толщиной 0,4 мм с площадью поверхности 12х х32 мм. Процесс осуществл ют в токе водорода, очищенного диффузией через палладиевую мембрану, в течение 10 ч. Температурный режим у источника 730°С, у подложки - 650с. Зазор между источником и -подложкой 600 .650 мкм. В результате выращивают эпитаксиальный слой твердого раствора , который имеет монокристаллическую структуру, вдоль поверхности которой величина градиента состава ,6 мол. % мм (по содержаниюС б ). Пример 2. Дл осуществлени указанного способа используют источник переменного состава в одном из направлений вдоль его поверхности, параллельном условно выбранному краю. Источник скомпонован ,в кассете из поликристаллических пластин пр моугольной формы, вырезанных из слитков твердых растворов отQа As доС,а1. , где X О; 0,03; 0,06; 0,09; 0,12; 0,15 0,18. Размер пластин 20x20x2 мм. Грань пластины 20x2 мм используетс в качестве рабочей поверхности соответствующей зоны источника. Собранный источник в кассете помещают в гнездо нижнего блока (блока источника). При опускании верхнего блока с подложкой, поверхность которой параллельна рабочей поверхности собранного источника, зазор между источником и подложкой (200-300 мкм) заполн ют жидким галлием. Во избежание подтравливани подложки растворитель Q а насыщают Qot Ав в количестве, соответствующем объему галли в реакционном пространстве. Процесс провод т при температуре источника ЭСО-ЭБО С и перепаде температур между источником и подложкой 50-бО°С. Продолжительность наращи- вани 2 ч. В результате выращивают эпитаксиальные слои твердого раствора ца J, А Е. ( А S с изменением соста ва вдоль поверхности. Толщина выраще ных эпитаксиальных слоев составл ет 16-30 мкм, градиент состава вдоль поверхности - 1 мол.%/мм по содержанию АЕАз в твердом растворе. Предлагаемым способом могут быть выращены из газовой или жидкой фазы эпитаксиальные слои полупроводниковых твердых растворов с градиентом состава по поверхности, характеризую щиес изменением всех физических (электрофизических, оптических, меха нических, магнитных и пр.) свойств практически в любом требуемом диапазоне , по одному направлению вдоль по верхности сло . Способ позвол ет осу ществить выращивание слоев твердых растворов с любым характером изменени состава вдоль поверхности - лине ным, нелинейным - экспоненциональным параболическим и пр., т.е. с посто н ным или переменным градиентом. Описываемый способ прост в аппара турном оформлении, так как не требуе дополнительных устройств дл переме щени источника, регулировани газовых потоков и пр. Способ экономичен, так как позвол ет многократно использовать один раз скомпонованный источник ( при достаточной его толщине от 1-2 мм до 1 см, в зависимости от вида используемого материала - шихта или кристаллические пластины), обеспечива при этом полную воспроизводимость результатов . Способ универсален по применимости ,к различным полупроводниковым соедин ни м или системам, образующим непре рывные р ды твердых растворов (например Qe -5(,ОаАз-СаР, - Cd 5е и т.д.). Формула изобретени 1. Способ эпитаксиального выращивани слоев твердых растворов полупроводниковых соединений путем переноса исходного материала из составного источника на подложку при их параллельном расположении с зазором в поле температурного градиента, перпендикул рного подложке и источнику, отличающ и и с тем, что, с целью получени слоев твердого раствора с градиентом состава в плоскости роста, источник составл ют из параллельно расположенных полос исходного материала, имеющих дискретные составы, в пор дке изменени последних соответственно требуемому градиенту состава в плоскости роста, The invention relates to the field of semiconductor materials technology used for the manufacture of various electronic equipment and laser optics. The known method of epitaxial buildup of layers of semiconductor materials using chemical reaction with substance transfer to the surface of a less heated substrate from a more heated solid source of the initial substance made of crystalline powder (charge) or plate, and the surface of which is located parallel to the substrate at a close distance (from hundreds of microns to 2 mm) from it. In this way, it is possible to obtain epitaxial layers with a composition that REPRODUCES the composition of the SOURCE of a substance in a solid source. However, the use of all features of this method is not. allows growing single crystals with a composition gradient in the growth plane of the layer (along the surface). The known method of epitaxial buildup of semiconductor structures carried out with the help of the device implies that during the buildup of the epitaxial layer, sources are replaced by rotating a multisection source, and the gap between the source and the substrate is filled with a liquid solvent (melt Co, 9P, Bi, Pb) and created a temperature gradient between the source and the substrate. A similar method is known for producing MULTILAYER structures using liquid replaceable sources, which, however, also does not provide: Epitaxial layers with a change; composition along the surface, since one I substrate cannot be brought simultaneously to two or more sources of different composition. The closest to the invention is the method of epitaxial growth of semiconductor elements from the gas phase during the transfer of brittle to the substrate using a chemical transport reaction from a solid source made of a crystalline mixture; containing separate areas on the surface in the form of tablets of a substance that differs from the base substance of the source by the degree of doping or composition, on the surface of the substrate parallel to the source, located close to it, under the conditions of the temperature gradient. However, according to this method, it is also impossible to grow epitaxial layers of semiconductor solid solutions with a composition gradient along the surface, since the use of a solid source of starting materials with separate local inclusions of a different composition or degree of doping does not provide epitaxial layers with reproducible composition variation law one by one from directions along the surface while maintaining the same law of composition change in any plane of the layer parallel to the specified gradient of va. The purpose of the invention is to obtain a layer of semiconductor solid solutions with a composition gradient in the growth plane. To do this, when epitaxially growing layers of solid solutions of semiconductor compounds by transferring the source material from the composite source to the substrate with their parallel arrangement with a gap in the temperature gradient field, perpendicular to the substrate and the source, the source is left: having discrete compositions, in the order of changing the latter according to the required composition gradient in the growth plane. Binary compounds that form a solid solution are taken as the source material of the source in the form of a powder mixture of various sotsavav. Crystalline plates of previously grown solid solution of various compositions are also taken as the source material of the source. The source material is transferred from the source to the substrate using a carrier gas, for example, humidified hydrogen or hydrogen chloride mixed with hydrogen. The source material is also transferred from the source to the substrate using melt, for example, gallium. Example 1. For carrying out the process, chemical transfer of substances through the gas phase from a source of varying composition is used, which is arranged in a cassette from a mixture (mechanical mixture of powders Cc C and Cd6e) with a grain size of 0.01-0.05 mm from the following Ccl5o, oi. f; Se 0 ,,; Cd6o, o7 Evo z, etc. to the composition of CdSo, gg Seo, “2H in FIG. 1, schematically shows the position of the ihodnik in the cassette and relative to the substrate to which epitaxial growth is carried out; Figure 2 shows the variation in the composition of the zones in the cassette with the loaded source along one direction of its working surface. The source 1 is located in the cassette 2, which is installed in block 3. The substrate 4 for growing a layer is located in block 5. Both blocks are arranged in the reactor parallel to each other with a gap. During the deposition of the layer from the source to the substrate, the transfer is carried out by a transporting gas, for example hydrogen fed into the gap. The source is arranged in the recesses of the cassette 2, which have a depth of 3 mm, 20 strip zones 1.5 mm wide and a total length of 10 mm. The total working surface of the source is 10 x 30 mm. The zones are located in the source sequentially in order of increasing Cd 5 content from Cd5o, oiSeog9. The buildup is made on a single crystal pte substrate 0.4 mm thick with a surface area of 12 x x 32 mm. The process is carried out in a stream of hydrogen, purified by diffusion through a palladium membrane, for 10 hours. The temperature regime at the source is 730 ° C, at the substrate — 650 s. The gap between the source and the substrate is 600 .650 microns. As a result, an epitaxial layer of a solid solution is grown, which has a single-crystal structure, along the surface of which the value of the composition gradient is 6 mol. % mm (content b). Example 2. To implement this method, a variable composition source is used in one of the directions along its surface parallel to the conventionally selected edge. The source is arranged in a cassette of rectangular polycrystalline plates cut from solid solutions from Q-As to C, a1. where X O; 0.03; 0.06; 0.09; 0.12; 0.15 0.18. The size of the plates is 20x20x2 mm. A plate face of 20x2 mm is used as the working surface of the corresponding source zone. The collected source in the cassette is placed in the socket of the lower unit (source unit). When lowering the top unit with the substrate, the surface of which is parallel to the working surface of the assembled source, the gap between the source and the substrate (200-300 μm) is filled with liquid gallium. In order to avoid undercutting of the substrate, the solvent Qa is saturated with QotA in an amount corresponding to the volume of gallium in the reaction space. The process is carried out at a temperature of the source ESO-EBO C and the temperature difference between the source and the substrate is 50-BO ° C. Duration of growth is 2 hours. As a result, the epitaxial layers of the J, A E. solid solution are grown (A S with a change in composition along the surface. The thickness of the grown epitaxial layers is 16–30 µm, the composition gradient along the surface is 1 mol. % / mm content of АЕАЗ in solid solution. The proposed method can be used to grow from the gas or liquid phase epitaxial layers of semiconductor solid solutions with a gradient composition over the surface, characterized by a change in all physical (electrophysical, optical, m) Technological, magnetic and other properties in almost any desired range, in one direction along the surface of the layer. The method allows the growth of layers of solid solutions with any nature of composition changes along the surface — linear, nonlinear — exponential parabolic, etc. , i.e. with a constant or variable gradient. The described method is simple in hardware design, since it does not require additional devices for moving the source, adjusting gas flows, etc. The method is economical, as allows to reuse once configured by the source (when its sufficient thickness from 2.1 mm to 1 cm, depending on the type of material used - charge or crystalline plates) while providing complete reproducibility. The method is universal in applicability to various semiconductor compounds or systems that form continuous rows of solid solutions (e.g. Qe -5 (, OaAz-CaP, - Cd 5e, etc.). Claim 1. The epitaxial growth of layers solid solutions of semiconductor compounds by transferring the source material from the composite source to the substrate with their parallel arrangement with a gap in the field of the temperature gradient perpendicular to the substrate and the source, and in order to obtain solid layers thief with a gradient of composition in the growth plane, constitute a source of parallel strips of a starting material having discrete formulations, in order of the last changes respectively desired composition gradient in the growth plane,
2.Способ ПОП.1, отличающийс тем, что, в качестве исходного материала источника берут бинарные соединени , образующие твердый раствор, в виде порошкообразной смеси различных составов. 2. Method POP1, characterized in that binary compounds, forming a solid solution, are taken as a starting material of the source in the form of a powder mixture of various compositions.
3.Способ по п.1, отличающий с тем, что, в качестве исходного материала источника берут кристаллические пластины предварительно выращенного твердого раствора различных составов. 3. The method according to claim 1, characterized in that the crystal plates of a pre-grown solid solution of various compositions are taken as the source material of the source.
4.Способ по пп.1-3, отличающийс тем, что перенос исходного материала с источника на подложку ведут с использованием транспортирующего газа, например водорода или хлористого водорода. 4. A method according to claims 1 to 3, characterized in that the transfer of the starting material from the source to the substrate is carried out using a carrier gas, for example hydrogen or hydrogen chloride.
5.Способ по пп,1-3, отличающийс тем, что перенос исходного материала с источника на подложку ведут с использованием расплава, например , галли .5. Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the transfer of the starting material from the source to the substrate is carried out using a melt, for example, gallium.
MOKS MOKS