Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУИЗОЛИРУЮЩЕГО АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУИЗОЛИРУЮЩЕГО АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУИЗОЛИРУЮЩЕГО АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для получения монокристаллов полуизолирующего арсенида галлия (агп). Сущность изобретения: способ включает облучение монокристаллов быстрыми нейтронами, последующий нагрев и охлаждение. Облучению подвергают монокристаллы с различной степенью компенсации при плотности потока Φ=(0,4-0)·1016 см-2. Отжиг проводят при температуре 850 900 °С в течение 20 мин при скорости нагрева и охлаждения 4°С/мин и 2°С/мин соответственно. Получают АГП с улучшенной оптической неоднородностью δ1≅ 5%, уменьшенным оптическим поглощением α=(6-7)·10-3 см-1 на длине волны λ=10,6 мкм и повышенной термостабильностью свойств. 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2046164
Класс(ы) патента: C30B33/04, C30B29/42
Номер заявки: 93042335/26
Дата подачи заявки: 25.08.1992
Дата публикации: 20.10.1995
Заявитель(и): Филиал Научно-исследовательского физико-химического института им.Л.Я.Карпова
Автор(ы): Колин Н.Г.; Косушкин В.Г.; Нарочный К.Н.; Нойфех А.И.; Свистельникова Т.П.
Патентообладатель(и): Филиал Научно-исследовательского физико-химического института им.Л.Я.Карпова
Описание изобретения: Изобретение относится к технологии полупроводниковых соединений типа АШВУ и может быть использовано при получении монокристаллов полуизолирующего арсенида галлия (АГП) с улучшенными параметрами.
Выпускаемые в промышленности монокристаллы АГП имеют ряд недостатков: неоднородность свойств по объему кристалла, достигающая 50% а в ряде случаев и выше; низкую стабильность параметров после термообработки; большую величину коэффициента оптического поглощения (α=1,5 ˙ 10-2 см-1) на длине волны λ= 10,6 мкм.
Широкое применение АГП в производстве электронных приборов, высокая степень интеграции приборов выдвигают более жесткие требования к качеству и геометрическим размерам (диаметр до 250 мм) монокристаллов. Улучшение параметров материала металлургическими способами в процессе выращивания монокристаллов в настоящее время практически не осуществимо.
Предлагаемый способ заключается в улучшении параметров АГП облучением нейтронами ядерного реактора и последующей термообработкой. Прототипом служит способ, заключающийся в том, что исходный нелегированный полуизолирующий арсенид галлия облучают быстрыми нейтронами (флюенсом Ф>7 ˙ 1017 см-2) с последующей термообработкой в течение 30 мин при температуре до 800оС.
Недостатки способа в том, что улучшить характеристики полуизолирующего арсенида галлия таким образом не удается. Большие флюенсы нейтронов приводят к усилению прыжковой проводимости и ухудшению параметров материала. Температура отжига низкая и не дает ожидаемого эффекта.
Предлагаемый способ отличается тем, что в качестве исходного можно использовать полуизолирующий арсенид галлия с любой степенью компенсации, а облучение вести только быстрыми нейтронами (Е>0,1 МэВ) с плотностью потока не более 5 ˙ 1012 см-2 ˙ с-1 до флюенса Ф=(0,4-5,0) ˙ 1016 см-2. Отсечь тепловые нейтроны можно, используя для облучения кадмиевые пеналы или другие известные способы. Необходимость ограничения плотности потока нейтронов вызвана сильным разогревом и возможным растрескиванием материала в процессе облучения.
Физический смысл происходящих в материале процессов заключается в следующем. В результате облучения быстрыми нейтронами в арсениде галлия возникают простые радиационные дефекты (пары Феркеля: атом в междоузлии и вакансия). С увеличением дозы облучения растет концентрация вводимых дефектов и повышается вероятность их взаимодействия (коагуляции) и образования более сложных радиационных дефектов (РД), так называемых областей разупорядочения (ОР). Образовавшиеся ОР служат геттерами для простых (точечных) дефектов, образовавшихся в кристалле в процессе облучения и на стадии выращивания. Последующая термообработка облученных образцов при температуре 850-900оС приводит к распаду ОР и перемещению простых дефектов на поверхность и на стоки (термообработка при температурах меньше 850 и выше 900оС и не дает ожидаемого эффекта). Тем самым происходит очистка матрицы от большого количества ростовых и других точечных дефектов. Оптическое поглощение в облученном и термообработанном материале на рабочей длине волны λ=10,6 мкм становится меньше, происходит так называемое просветление материала. Коэффициент поглощения уменьшается примерно в 2 раза и становится равным α=(5-7) ˙ 10-3 см-1. Такое явление имеет большое практическое значение в связи с широким применением оптических окон из полуизолирующего арсенида галлия в производстве мощных технологических лазеров.
Циклическая обработка образцов (облучение и термообработка) приводит также к значительному повышению однородности и термостабильности свойств материала. Неоднородность электрофизических и оптических (глубокий уровень Е/2) характеристик в объеме материала не превышает 5% Термическая обработка образцов при 900оС в течение 8 часов не приводит к чувствительным изменениям параметров материала, в то время как в обычном (необлученном) материале термообработка при 900оС в течение 30-40 мин уже приводит к значительным изменениям параметров.
Применение радиационно-модифицированного материала в производстве полупроводниковых приборов (СБИС, СВЧ и оптоэлектронные приборы и др.) открывает новые перспективы в микроэлектронике.
П р и м е р 1. В качестве исходного материала используют монокристаллический слиток полуизолирующего арсенида галлия электронного типа проводимости (ρ ≈ 1˙108 Ом˙см), легированного хромом (NCr=3˙1016 см-3), имеющего степень компенсации К=0,05. Оптическая неоднородность (по ЕL2) по диаметру слитка равна δ1= 30% Неоднородность электрофизических характеристик, измеренных бесконтактным методом, равна δ2 25% Оптическую однородность измеряют на двух оптически полированных пластинах толщиной 5 мм, вырезанных с разных участков слитка, методом оптического пропускания с разрешающей способностью в направлении сканирования ≈200 мкм и погрешностью измерений, не превышающей 2-3%
Оптическое поглощение на длине волны λ=10,6 мкм измеряют на тех же пластинах. Коэффициент поглощения составляет α=1,9 ˙ 10-2 см-1.
Облучение нейтронами проводят в вертикальных каналах реактора ВВР-ц, используя кадмиевые пеналы для устранения тепловых нейтронов. Флюенс быстрых нейтронов (ϕ=5 ˙ 1012см-2 ˙ с-1, Е>0,1 МэВ) составляет 5 ˙ 1016 см-2.
После спада наведенной активности до допустимого уровня облученные образцы нагревают в запаянных кварцевых ампулах с равновесным давлением паров мышьяка со скоростью 4оС/мин до температуры 900оС. Отжиг проводят в течение 20 мин, а последующее охлаждение ведут со скоростью 2оС/мин до температуры 400оС, далее охлаждают вместе с печью до комнатной температуры.
В результате получают полуизолирующий арсенид галлия ( ρ ≈ 2˙108Ом ˙ см) электронного типа проводимости с оптической неоднородностью δ1=5% и неоднородностью электрофизических свойств δ2=4% Коэффициент поглощения на длине волны λ= 10,6 мкм составляет α=6,7 ˙ 10-3 см-1. Термообработка образцов при 900оС в течение 8 ч не приводит к заметным изменениям электрофизических параметров материала.
П р и м е р 2. В качестве исходного материала используют монокристаллический слиток нелегированного полуизолирующего арсенида галлия электронного типа проводимости (ρ 8 ˙ 107 Ом ˙ см), имеющего степень компенсации К= 0,35. Оптическая неоднородность по диаметру слитка равна δ1=35% Неоднородность электрофизических характеристик, измеренных бесконтактным методом, δ2= 50% Коэффициент поглощения на длине волны λ=10,6 мкм составляет α=1,7 ˙ 10-2 см-1.
Облучение быстрыми (ϕ=3 ˙ 1012 см-2 x x с-1, Е>0,1 МэВ) нейтронами проводят в вертикальных каналах реактора ВВР-ц, используя кадмиевые пеналы. Флюенс нейтронов составляет 4 ˙ 1015 см-2.
После спада наведенной активности образцы отжигают при температуре 850оС в течение 20 мин при тех же скоростях нагрева и охлаждения, что в примере 1.
В результате получают полуизолирующий арсенид галлия (ρ=1,5 ˙ 108Ом ˙ см) электронного типа проводимости с оптической неоднородностью δ1=4,5% и неоднородностью электрофизических свойств δ2=4% Коэффициент поглощения на длине волны λ=10,6 мкм составляет α=6 ˙ 10-3 см-1. Термообработка образцов при 900оС в течение 8 ч не приводит к заметным изменениям электрофизических параметров.
Примеры проведения процессов приведены в таблице. В качестве исходного материала может быть использован как нелегированный, так и легированный хромом полуизолирующий арсенид галлия в виде монокристаллических слитков и эпитаксиальных пленок.
Предлагаемый способ позволяет получить монокристаллы полуизолирующего арсенида галлия с улучшенной оптической однородностью (δ1 5%), уменьшенным оптическим поглощением α=(5-7) ˙ 10-3 см-1 на длине волны λ=10,6 мкм и повышенной термостабильностью свойств.
Такой материал соответствует требованиям современной микро- и оптоэлектроники и пользуется большим спросом как на внутреннем, так и на внешнем рынке.
Формула изобретения: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУИЗОЛИРУЮЩЕГО АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ путем облучения монокристаллов быстрыми нейтронами с последующим нагревом, отжигом и охлаждением, отличающийся тем, что облучению подвергают монокристаллы с различной степенью компенсации при плотности потока не более 5 · 1012 см-2 с-1 до флюенса ф= (0,4-5,0)1016 см-2, а отжиг проводят при 850-900oС в течение 20 мин при скорости нагрева и охлаждения 4 град/мин и 2 град/мин соответственно.