подложка для выращивания эпитаксиальных слоев арсенида галлия
Классы МПК: | C30B19/12 характеризуемое подложкой C30B25/18 характеризуемое подложкой C30B29/10 неорганические соединения или композиции C30B29/42 арсенид галлия C30B15/00 Выращивание монокристаллов вытягиванием из расплава, например по методу Чохральского |
Автор(ы): | Айтхожин С.А. |
Патентообладатель(и): | Институт радиотехники и электроники РАН (Фрязинское отделение) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-06-15 публикация патента:
27.07.2003 |
Изобретение относится к электронной технике, конкретно к технологии материалов, предназначенных для создании приборов и устройств обработки и передачи информации. Сущность изобретения: в качестве материала подложек для выращивания эпитаксиальных слоев арсенида галлия предложено использовать антимониды металлов четвертого периода периодической системы элементов, что существенно упрощает технологию выращивания и снижает цену подложек и приборов, изготовленных на их основе.
Формула изобретения
Подложка для выращивания эпитаксиальных слоев арсенида галлия, выполненная из монокристалла интерметаллического соединения, отличающаяся тем, что указанное интерметаллическое соединение выбрано из группы, состоящей из антимонида никеля NiSb с содержанием никеля Ni (52,5





Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электронной технике, конкретно к технологии материалов, предназначенных для создании полупроводниковых приборов и устройств обработки и передачи информации. Арсенид галлия является вторым после кремния по объему производства материалов в микроэлектронике. Специфические особенности зонного строения арсенида галлия являются причиной его массового применения в микро- и оптоэлектронике. Арсенид галлия был одним из первых материалов, в которых совершенство пленок и слоев превышало совершенство монокристаллов. Дальнейшее расширение производства приборов на основе слоев арсенида галлия по сравнению с приборами, изготовленньми на основе кремния, в заметной мере сдерживается высокой ценой их производства, обусловленной в первую очередь высокой стоимостью монокристаллов арсенида галлия, используемых в качестве подложек для выращивания слоев арсенида галлия. В свою очередь такая цена монокристаллов складывается из двух составляющих: сложности технологии выращивания монокристаллов арсенида галлия и высокой цены галлия. При температуре плавления арсенида галлия (1238oС) равновесное давление паров мышьяка составляет 0,98 атм [1]. Основной метод выращивания качественных монокристаллов - по методу Чохральского - включает два этапа: предварительный синтез арсенида галлия в тигле из смеси галлия и мышьяка методом жидкого капсулирования под слоем расплава окиси бора при давлении 70 атм инертного газа и последующего выращивания монокристалла на ориентированную затравку с использованием в процессе роста этого синтезированного в тигле арсенида галлия при более низком давлении инертного газа - 20 атм. Использование высокого давления при выращивании монокристаллов арсенида галлия превращает ростовую камеру в потенциальную бомбу высокого давления, начиненную ядовитым веществом. Предпринимаемые меры безопасности по работе с камерой высокого давления, особенно при выращивании слитков больших диаметров, удорожают конструкцию ростовой установки и делают ее существенно более громоздкой. Большой вклад цены подложек из монокристаллов арсенида галлия стимулировал цикл работ по поиску других возможных материалов для подложек, альтернативных арсениду галлия. Известна работа [2] по выращиванию слоев GaAs на кремний-основном материале современной микроэлектроники. Кремний - материал, поставленный на массовое производство, цена подложек из кремния не велика, количество сырья не ограничено. Существенным недостатком кремния как материала подложек для выращивания слоев из арсенида галлия является заметная разница периодов кристаллических решеток кремния и арсенида галлия (-4%), приводящая к образованию большого количества дефектов в слоях арсенида галлия, выращенных на кремниевых подложках. Поэтому с целью согласования кристаллических решеток слоев GaAs и подложек из монокристаллов кремния между ними вводят промежуточный слой, кристаллическая решетка которого со стороны эпитаксиальной пленки хорошо согласована, возникающие напряжения и трудно удаляемые с поверхности кремния загрязняющие примеси остаются на границе подложка - промежуточный слой. Примерами таких сэндвичей являются: кремний (подложка) - германий (промежуточный слой) - эпитаксиальная пленка арсенида галлия, кремний (подложка) - арсенид галлия (промежуточный слой) - эпитаксиальная пленка арсенида галлия [3]. Опыт работы приборов, выполненных на структурах с такими переходными слоями, показал их способность нормально работать только в начальный период времени. Была установлена их тенденция к деградации. Исследование природы старения приборов показало склонность к прорастанию дислокации и загрязняющих примесей с границы подложка - промежуточный слой через промежуточный слой в эпитаксиальный рабочий. Для создания приборов на основе слоев арсенида галлия, работающих длительный срок, их необходимо выращивать на подложках из материалов, физико-химические и кристалографические параметры которых в плоскости сопряжения максимально близки друг другу. Из числа известных технических решении наиболее близким к предлагаемому изобретению является подложка из монокристалла арсенида галлия - интерметаллида из группы соединении А3В5 [1]. Техническая задача, решаемая предполагаемым изобретением, состоит в снижении температуры и давления в процессе выращивания монокристаллов, используемых в качестве подложек для эпитаксиального роста слоев арсенида галлия, что значительно упрощает технологический процесс, уменьшая степень риска при работе с использованием вредного вещества, а также приводит к снижению цены подложек при сохранении высокого кристаллографического качества выращиваемых монокристаллов. Температуру выращивания монокристаллов можно снизить ~ на сто градусов (1150oС для антимонида никеля - вместо 1238oС для арсенида галлия). Равновесное давление диссоциации в точке плавления для антимонида никеля составляет ~1 мм рт.ст., в то время как для арсенида галлия ~1 атм. То, что эта разница существенна, можно показать на следующем примере. Температура размягчения для широко используемого в полупроводниковой технологии (рост, введение примесей) плавленого кварца в зависимости от его качества меняется в пределах 1200-1275oС. Например, возможность выращивания многих монокристаллов одним из наиболее простых способов - горизонтальным методом Бриджмена - зависит от его температуры плавления критически, если она находится около температуры размягчения плавленого кварца. Повышение температуры плавления на один-другой десяток градусов может сделать невозможным выращивание монокристалла данного материала. Т.о. технический эффект предлагаемого изобретения - снижение температуры выращивания монокристаллов для подложек в этом диапазоне температур приводит к заметному упрощению технологии выращивания монокристаллов. Указанная задача решается тем, что в качестве материала подложек для выращивания эпитаксиальных слоев арсенида галлия используются монокристаллы интерметаллических соединений, выбранных из группы антимонидов металлов IV периода периодической системы элементов, конкретно их
- NiSb с содержанием Ni 52.5

- твердый раствор NiSb и CrSb, содержащий 24

- твердый раствор NiSb и MnSb, содержащий 22

- твердый раствор NiSb и FeSb, содержащий 33

- твердый раствор NiSb и NiBi, содержащий 31

- TiSb;
- твердый раствор TiSb и TiBi, содержащий 14










Подтверждено практически полное согласование кристаллических решеток NiSb и GaAs для указанных выше ориентационных соотношений при содержании никеля в антимониде никеля - 52.5%:
2а(NiSb)=0.3985

a(GaAs)


Таким же путем показано, что точное сопряжение по параметрам кристаллических решеток подложек при выращивания эпитаксиальных пленок арсенида галлия достигается при использовании твердых растворов NiSb и CrSb с содержанием последнего 24






1. М. Г. Мильвидский. Полупроводниковые материалы в современной электронике. - М.: Наука. 1986, с.53-55. 2. Р.Sheldon et al. J. Appl. Phys. 58 (11), 4186, (1986). 3. Т.E. Crumbaker et al. App. Phys. Lett. 59(9), 1090 (1986). 4. Mc. Grow-Hill Encyclopedia of science and technology, v.3 (1977), р. 14.
Класс C30B19/12 характеризуемое подложкой
Класс C30B25/18 характеризуемое подложкой
Класс C30B29/10 неорганические соединения или композиции
Класс C30B29/42 арсенид галлия
Класс C30B15/00 Выращивание монокристаллов вытягиванием из расплава, например по методу Чохральского