Способ получения свободно расположенной монокристаллической пленки арсенида или фосфида галлия-алюминия

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Изобретение относится к технологии полупроводников, преимущественно жидкостной эпитаксии соединений А3В5, и может быть использовано для создания тонкопленочных полупроводниковых приборов, в частности, солнечных элементов.
Достигаемый технический результат снижение расхода
монокристаллической подложки арсенида или фосфида галлия и получение свободно расположенных монокристаллических пленок большой площади.
Предлагается способ получения свободно расположенной монокристаллической пленки арсенида или фосфида галлия-алюминия, включающий нанесение при температуре контакта на подложку из арсенида или фосфида галлия расплава олова с добавкой алюминия в количестве 3,3'10"5ехр[2160/(Тпл-Тк)] атомных долей, где Тпл - температура плавления подложки, а Тк - температура нанесения расплава, и последующее выращивание монокристаллической пленки соответственно арсенида или фосфида галлия-алюминия, в котором перед нанесением расплава на подложку расплаву придают форму плоского слоя размером не менее размера подложки, подложку располагают над расплавом параллельно зеркалу расплава, а нанесение расплава осуществляют путем сближения подложки и расплава до наступления смачивания, либо плоский слой расплава формируют на разделительной перегородке, выполненной из инертного по отношению к расплаву материала, которую предварительно размещают над подложкой, а для нанесения расплава перегородку удаляют.
ю

Текст

Смотреть все

(51) 01 21/208 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ или фосфида галлия и получение свободно расположенных монокристаллических пленок большой площади. Предлагается способ получения свободно расположенной монокристаллической пленки арсенида или фосфида галлия-алюминия,включающий нанесение при температуре контакта на подложку из арсенида или фосфида галлия расплава олова с добавкой алюминия в количестве 3,3 10-5 ехр 2160/(Тпл-Тк) атомных долей, где Тпл температура плавления подложки, а Тк температура нанесения расплава, и последующее выращивание монокристаллической пленки соответственно арсенида или фосфида галлияалюминия, в котором перед нанесением расплава на подложку расплаву придают форму плоского слоя размером не менее размера подложки, подложку располагают над расплавом параллельно зеркалу расплава, а нанесение расплава осуществляют путем сближения подложки и расплава до наступления смачивания,либо плоский слой расплава формируют на разделительной перегородке,выполненной из инертного по отношению к расплаву материала, которую предварительно размещают над подложкой, а для нанесения расплава перегородку удаляют.(72) Антощенко Владимир Степанович Францев Юрий Валерьевич Антощенко Евгений Владимирович(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Национальная нанотехнологическая лаборатория открытого типа Республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения Казахский национальный университет им. аль-Фараби Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВОБОДНО РАСПОЛОЖЕННОЙ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ПЛЕНКИ АРСЕНИДА ИЛИ ФОСФИДА ГАЛЛИЯАЛЮМИНИЯ(57) Изобретение относится к технологии полупроводников, преимущественно жидкостной эпитаксии соединений А 3 В 5, и может быть использовано для создания тонкопленочных полупроводниковых приборов,в частности,солнечных элементов. Достигаемый технический результат - снижение расхода монокристаллической подложки арсенида Изобретение относится к технологии полупроводников, преимущественно жидкостной эпитаксии соединений А 3 В 5, и может быть использовано для создания тонкопленочных полупроводниковых приборов,в частности,солнечных элементов. Известен способ получения свободно расположенных монокристаллических пленок полупроводниковых соединений на основе галлия,включающий приведение расплава олова с добавкой алюминия в контакт с подложкой арсенида или фосфида галлия при температуре эпитаксии и последующее выращивание монокристаллической пленки арсенида или фосфида галлия путем охлаждения расплава( Антощенко,Ш.Б. Байганатова, Т.И. Таурбаев. Аномальный рост ориентированных пленок при жидкостной эпитаксии // Электронная техника. Серия 6 Материалы. 1985. Вып.2(201). с.54-58). Недостатком способа является большая глубина растворения подложки,не зависящая от концентрации алюминия в расплаве и, как следствие,невозможность многократного использования дорогостоящей монокристаллической подложки. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения свободно расположенной монокристаллической пленки арсенида или фосфида галлия-алюминия методом жидкофазной эпитаксии(Патент РК 1311, МПК 5 01 21/208, опубл. 15.09.94, бюл. 3,), включающий нанесение при температуре контакта на подложку из арсенида или фосфида галлия расплава олова с добавкой алюминия в количестве 3,310-5 ехр 2160/(Тпл-Тк) атомных долей, где Тпл - температура плавления подложки, а Тк - температура нанесения расплава, за время менее 0,01 с и последующее выращивание монокристаллической пленки соответственно арсенида или фосфида галлия-алюминия, например,путем охлаждения. Недостатком способа является его сложное аппаратурное оформление и непригодность для выращивания свободно расположенных монокристаллических пленок на подложках большой площади из-за необходимости в этом случае использовать очень высокие скорости нанесения расплава (более 1 м/с), что еще больше усложнит аппаратуру и снизит однородность растворения подложки. Так, если линейный размер подложки в направлении ее перемещения под расплав составит 10 см, против 1 см по прототипу,то для обеспечения времени нанесения расплава на подложку равного 0,01 с, скорость перемещения подложки должна составить 10 м/с. Задача изобретения - разработка способа получения свободно расположенной монокристаллической пленки арсенида или фосфида галлия-алюминия, обеспечивающего малую глубину и высокую однородность растворения подложки независимо от ее размера при использовании обычной для жидкостной эпитаксии скорости нанесения расплава, составляющей менее 0,1 м/с. 2 Технический результат - снижение расхода монокристаллической подложки арсенида или фосфида галлия и получение свободно расположенных монокристаллических пленок большой площади. Технический результат достигается способом получения свободно расположенной монокристаллической пленки арсенида или фосфида галлия-алюминия,включающим нанесение при температуре контакта на подложку из арсенида или фосфида галлия расплава олова с добавкой алюминия в количестве 3,310-5 ехр 2160/(Тпл-Тк) атомных долей, где Тпл температура плавления подложки, а Тк температура нанесения расплава, и последующее выращивание монокристаллической пленки соответственно арсенида или фосфида галлияалюминия, но в отличие от известного, перед нанесением расплава на подложку ему придают форму плоского слоя размером не менее размера подложки, подложку располагают параллельно под расплавом, а нанесение расплава осуществляют путем сближения его с подложкой до наступления смачивания. Плоский слой расплава может быть сформирован над подложкой на разделительной перегородке, выполненной из инертного по отношению к расплаву материала, которую предварительно размещают над подложкой, а нанесение расплава осуществляют путем удаления перегородки. Принципиальным отличием предлагаемого технического решения является то, что его использование позволяет исключить горизонтальное перемещение расплава в процессе нанесения на подложку, вследствие чего состав расплава на границе с подложкой по всей ее поверхности остается постоянным даже при стандартной скорости нанесения расплава на подложку независимо от ее размеров. В случае нанесения расплава путем его горизонтального перемещения по подложке, как это осуществлено в прототипе,концентрация алюминия у переднего края расплава быстро снижается за счет перехода алюминия в твердую фазу в форме арсенида алюминия, что увеличивает неравновесность системы расплавподложка и ведет к неоднородному растворению последней, усиливающемуся по мере перемещения расплава. Для снижения данного эффекта в прототипе использовано быстрое нанесение расплава, которое препятствует существенному изменению состава расплава за время его нанесения на подложку. Формирование расплава в виде плоского слоя размером не менее размера подложки и размещение его под или над подложкой необходимо для предотвращения самопроизвольного растекания расплава по поверхности подложки и избыточного растворения последней. Проведенные патентно-информационные исследования показали, что не существует аналогов,где бы для получения свободно расположенных монокристаллических пленок расплаву перед контактом с подложкой придают форму плоского слоя размером не менее размера подложки,располагая его под подложкой параллельно ей, либо располагая его над подложкой на разделительной перегородке, которую для осуществления контакта удаляют. Преимуществом данного способа по сравнению с прототипом является простота аппаратурного оформления и возможность воспроизводимо получать свободно расположенные монокристаллические пленки арсенида или фосфида галлия-алюминия с использованием подложек сколь угодно большого размера при обычной для метода жидкостной эпитаксии скорости осуществления контакта подложки с расплавом, обеспечивая при этом высокую однородность и малую глубину растворения подложки, необходимые для ее многократного использования. На фиг.1,а схематично приведен вариант осуществления способа по п.1 формулы изобретения, а на фиг.1,б - то же по п.2 1 держатель подложки, 2 - форма для расплава, 3 подвижная перегородка, 4 - подложка, 5 - расплав. На фиг.2 приведены микрофотографии структур пленка/расплав/подложка,полученных с использованием предлагаемого способа 1 - пленка,2 - расплав, 3 - подложка. Способ осуществляют следующим образом. Для получения свободно расположенной монокристаллической пленки арсенида или фосфида галлия-алюминия используют устройства,выполненные из высокочистого графита марки МПГ-6 (НИИГРАФИТ, Россия) (фиг.1), состоящие из держателя подложки 1 и формы для расплава 2 с внутренним диаметром 55 мм. В устройстве,приведенном на фигуре 1,б, дополнительно предусмотрена подвижная перегородка 3,выполненная из стеклоуглерода марки(Германия) толщиной 0,5 мм, которая одновременно является дном формы для расплава. Перед выращиванием подложку 4 размещают в держателе 1, а плоский слой расплава толщиной 1 мм формируют непосредственно в форме для расплава 2. Во всех примерах выращивание проводят в атмосфере очищенного водорода при температуре 973 К для арсенида галлия и 1073 К для фосфида галлия. Для выращивания используют односторонне полированные подложки из монокристаллического арсенида галлия диаметром 50,5 мм и толщиной 350 мкм фирмы. (Великобритания), а также односторонне полированные подложки монокристаллического фосфида галлия диаметром 30 мм и толщиной 300 мкм НПО ГИРМЕТ(Россия). Расплав готовят с использованием в качестве основного компонента олова марки ОВЧ-000 с добавлением алюминия чистотой 7,концентрация которого соответствует оптимальному значению по прототипу, т.е. 0,18(атомных) для получения пленок арсенида галлия и 0,085 (атомных) для пленок фосфида галлия. В разных экспериментах исследуют условия растворения подложек. Состав пленок, их толщина,а также толщина прослойки олова определялись на рентгеновском микроанализаторе -733 и электронном микроскопе 3 200. Примеры реализации способа. Пример 1. Подложку из арсенида галлия и расплав,состоящий из 17,35 г олова и 7,1 мг алюминия,помещают соответственно в держатель подложки и в форму для расплава так, чтобы в исходном положении они не соприкасались (фиг.1,а). После нагрева до 973 К и изотермической выдержки в течение 2 часов для гомогенизации расплава,подложку и расплав приводят в контакт путем перемещения держателя подложки вертикально вниз. Затем проводят охлаждение до комнатной температуры. В результате на подложке арсенида галлия получают монокристаллическую пленку из арсенида галлия-алюминия толщиной 2,5 мкм,отделенную от подложки прослойкой олова толщиной 1,2-1,5 мкм (фиг.2,а). Измеренная микрометром с ценой деления 1 мкм толщина подложки после удаления пленки и прослойки олова составляет 348 мкм. Пример 2. Проводят операции по примеру 1, но в качестве подложки используют фосфид галлия, количество алюминия берут равным 3,3 мг, а нагрев проводят до 1073 К. В результате на подложке фосфида галлия получают монокристаллическую пленку из фосфида галлия-алюминия толщиной 1,5 мкм,отделенную от подложки прослойкой олова толщиной 1-2 мкм. Измеренная толщина подложки после удаления пленки и прослойки олова составляет 299 мкм. Пример 3. Подложку из арсенида галлия и расплав,состоящий из 17,35 г олова и 7,1 мг алюминия,помещают соответственно в держатель подложки и в форму для расплава сверху подвижной перегородки (фиг.1,б). После нагрева до 973 К и изотермической выдержки в течение 2 часов для гомогенизации расплава, подложку и расплав приводят в контакт путем удаления перегородки. Затем проводят охлаждение до комнатной температуры. В результате на подложке арсенида галлия получают монокристаллическую пленку из арсенида галлия-алюминия толщиной 2 мкм,отделенную от подложки прослойкой олова толщиной 2-3 мкм. Измеренная толщина подложки после удаления пленки и прослойки олова составляет 348 мкм. Пример 4. Проводят операции по примеру 3, но в качестве подложки используют фосфид галлия, количество алюминия берут равным 3,3 мг, а нагрев проводят до 1073 К. В результате на подложке фосфида галлия получают монокристаллическую пленку из фосфида галлия-алюминия толщиной 1,4 мкм,отделенную от подложки прослойкой олова толщиной 1-2 мкм. Измеренная толщина подложки после удаления пленки и прослойки олова составляет 298 мкм. Пример 5. Проводят операции по примеру 1, но количество алюминия берут равным 3,0 мг. В результате на подложке арсенида галлия получают монокристаллическую пленку из арсенида галлияалюминия толщиной 10 мкм, отделенную от подложки прослойкой олова толщиной 15-17 мкм(Фиг.2,б). Измеренная толщина подложки после удаления пленки и прослойки олова составляет 335 мкм. Пример 6. Проводят операции по примеру 1, но количество алюминия берут равным 3,7 мг. В результате на подложке арсенида галлия получают монокристаллическую пленку из арсенида галлияалюминия толщиной 1 мкм, частично отделенную от подложки включениями олова (фиг.2,в). Примеры 1-4 показывают высокую однородность растворения подложки на малую глубину при традиционно принятых в методе жидкостной эпитаксии скоростях нанесения расплава на подложку, что позволяет с помощью данного способа осуществить идею многократного использования дорогостоящей монокристаллической подложки для выращивания большого числа свободно расположенных пленок арсенида или фосфида галлия-алюминия и функциональных тонкопленочных структур на их основе. На фиг.1,а приведена электронная микрофотография пленки арсенида галлияалюминия Пример 5 показывает, что даже при относительно большой глубине растворения подложки, неоднородность по глубине находится в диапазоне /- 2-3 мкм, что существенно лучше, чем в прототипе, где неоднородность составляет 10-20 мкм. Пример 6 показывает, что минимально возможная глубина растворения подложки,достигаемая при выращивании свободно расположенной пленки арсенида или фосфида галлия-алюминия, не может быть менее 1 мкм. Приведенные примеры подтверждают возможность воспроизводимого получения свободно расположенных монокристаллических пленок арсенида или фосфида галлия-алюминия на подложках большого размера при обычной для метода жидкостной эпитаксии скорости осуществления контакта подложки с расплавом. При этом обеспечивается высокая однородность и малая глубина растворения подложки, необходимые для ее многократного использования. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения свободно расположенной монокристаллической пленки арсенида или фосфида галлия-алюминия, включающий нанесение при температуре контакта на подложку из арсенида или фосфида галлия расплава олова с добавкой алюминия в количестве 3,310-5 ехр 2160/(Тпл -Тк) атомных долей, где Тпл - температура плавления подложки, а Тк - температура нанесения расплава, и последующее выращивание монокристаллической пленки соответственно арсенида или фосфида галлия-алюминия, отличающийся тем, что перед нанесением расплава на подложку ему придают форму плоского слоя размером не менее размера подложки, подложку располагают над расплавом параллельно зеркалу расплава, а нанесение расплава осуществляют путем сближения подложки и расплава до наступления смачивания. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что плоский слой расплава формируют на разделительной перегородке, выполненной из инертного по отношению к расплаву материала,который предварительно размещают над подложкой, а для нанесения расплава перегородку удаляют.

МПК / Метки

МПК: H01L 21/208

Метки: способ, монокристаллической, арсенида, пленки, галлия-алюминия, свободно, расположенной, фосфида, получения

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/5-ip30019-sposob-polucheniya-svobodno-raspolozhennojj-monokristallicheskojj-plenki-arsenida-ili-fosfida-galliya-alyuminiya.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Способ получения свободно расположенной монокристаллической пленки арсенида или фосфида галлия-алюминия</a>

Похожие патенты