RU2818932C1 - СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ (GaAs) - Google Patents
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ (GaAs) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2818932C1 RU2818932C1 RU2023115659A RU2023115659A RU2818932C1 RU 2818932 C1 RU2818932 C1 RU 2818932C1 RU 2023115659 A RU2023115659 A RU 2023115659A RU 2023115659 A RU2023115659 A RU 2023115659A RU 2818932 C1 RU2818932 C1 RU 2818932C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crucible
- gallium arsenide
- temperature
- arsenic
- melt
- Prior art date
Links
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 39
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 10
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 3
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 boron anhydride Chemical class 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
Abstract
Изобретение может быть использовано в электронике. Сначала размещают в тигле галлий и мышьяк с избытком мышьяка от 0,05 до 0,09% от массы его стехиометрического количества, а на них помещают борный ангидрид, содержащий 1,0-2,5 мас.%. воды. Затем задают давление инертного газа или азота в ростовой камере с размещённым в ней тиглем 6,0 МПа. Нагревают тигель до 850-950°С со скоростью не менее 5°С/мин и не более 10°С/мин, удерживают эту температуру тигля не менее 30 мин и не более 60 мин и получают арсенид галлия. После этого нагревают тигель до 1225-1350°С со скоростью не менее 5°С/мин и не более 10°С/мин и получают расплав арсенида галлия. Затем уменьшают давление азота до 0,2-0,3 МПа в течение 50-60 мин. В расплав арсенида галлия опускают затравку и вытягивают монокристалл арсенида галлия по методу Чохральского с жидкостной герметизацией расплава борным ангидридом, обеспечивая скорость вращения тигля 1,5-2,5 об/мин, а скорость вращения затравки 2,0-5,0 об/мин. Перемещение затравки увеличивают от 3,0 мм/ч при затравливании до 8,0 мм/ч по окончании роста монокристалла. Изобретение обеспечивает технический результат, заключающийся в снижении примесей в получаемом монокристалле арсенида галлия. 7 з.п. ф-лы.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к получению монокристаллов арсенида галлия, применяемых в области микроэлектроники.
Уровень техники
Из патента RU2400574 известен способ получения монокристаллов по методу Чохральского. В тигель помещают поликристаллический арсенид галлия и покрывают его герметизирующим ангидридом бора. Тигель нагревают до получения расплава и далее в расплав помещают затравку для вытягивания монокристалла.
Недостатком такого способа является загрязнение получаемого монокристалла примесями, поступающими в арсенид галлия как в процессе вытягивания монокристалла из расплава, так и в процессе синтеза поликристаллического арсенида галлия.
Примеси в монокристалле ухудшают свойства полупроводниковых изделий из него.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является снижение примесей в монокристалле.
Задача настоящего изобретения решается с помощью способа получения монокристалла арсенида галлия, содержащего следующие шаги: размещают в тигле галлий, мышьяк и борный ангидрид, причем борный ангидрид размещают в тигле на галлие и мышьяке; нагревают тигель до температуры 850-950°С; удерживают температуру тигля 850-900°С не менее 30 минут и не более 60 минут и получают арсенид галлия; нагревают тигель до температуры 1225-1350°С и получают расплав арсенида галлия; в расплав арсенида галлия опускают затравку и вытягивают монокристалл. Борный ангидрид предпочтительно содержит 1,0-2,5 % мас. воды.
Нагрев тигля до температуры 850-950°С преимущественно осуществляют со скоростью не менее 5°С/мин и не более 10°С/мин. Нагрев тигля до температуры 1225-1350°С предпочтительно осуществляют со скоростью не менее 5°С/мин и не более 20°С/мин. В частных варианте для получения арсенида галлия тигель нагревают и удерживают при температуре 850-900°С или 890°С. Кроме того, для получения расплава арсенида галлия тигель могут нагревать до температуры 1225-1275°С или 1248°С. В предпочтительном варианте осуществления способа перед нагревом тигля задают давление инертного газа или азота в ростовой камере, в которой размещен тигель, 6,0 МПа, а после получения расплава уменьшают давление азота до 0,2-0,3 МПа в течение 50-60мин.
Вытягивание монокристалла преимущественно происходит по методу Чохральского с жидкостной герметизацией борным ангидридом. При осуществлении метода Чохральского предпочтительно используют следующие параметры: скорость вращения тигля 1.5-2,5 об/мин, скорость вращения затравки 2,0-5,0 об/мин, а перемещение затравки увеличивается от 3,0 мм/час при затравливании до 8,0 мм/час по окончании роста монокристалла. Мышьяк и галлий помещают в тигель преимущественно с избытком мышьяка 0,05 до 0,09% от массы стехиометрического количества мышьяка.
Настоящее изобретение обеспечивает технический результат, заключающийся в улучшении свойств получаемого монокристалла путем снижения примесей в получаемом монокристалле арсенида галлия. Снижение примесей достигается благодаря тому, что минимизируется время контакта арсенида галлия с тиглем, в том числе ввиду исключения операции охлаждения поликристаллического арсенида галлия после его получения, а также операции нагрева поликристаллического арсенида галлия до получения расплава арсенида галлия перед осуществлением вытягивания монокристалла.
Дополнительное улучшение свойств монокристалла достигается путем снижения примесей и более равномерного их распределения в монокристалле, что снижает концентрацию примесей по всему кристаллу и устраняет точки концентрации примесей, что обеспечивается благодаря минимизации времени нагрева и удержания в заданных температурах до минимально необходимого для осуществления технологических операций, а также благодаря подбору температурных режимов, режимов давления, технологических режимов роста и соотношению используемых галлия и мышьяка.
Осуществление изобретения
Далее изобретение описано в отношении последовательности шагов, указанных в формуле изобретения. Однако некоторые шаги способа могут меняться местами, если это позволяет осуществить требуемые технологические операции, и возможные изменения порядка также входят в объем охраны настоящего изобретения.
Получение монокристалла арсенида галлия (GaAs) в соответствии с настоящим изобретением начинается размещения в тигле галлия (Ga) и мышьяка (As). Мышьяк и галлий помещают в тигель в стехиометрическом соотношении, что обеспечивает увеличение выхода арсенида галлия и повышает структурное совершенство монокристалла, так как в случае избытка одного из компонентов рост происходит из раствора. В то же время ввиду повышенной летучести мышьяка его помещают с небольшим избытком, например от 0,05 до 0,09% от массы стехиометрического количества мышьяка, что также обеспечивает минимизацию примесей в получаемом монокристалле.
Размещают в тигле на галлие и мышьяке борный ангидрид (B2O3), предпочтительно содержащий 1,0-2,5 % мас. воды для герметизации расплава арсенида галлия (предотвращения испарения мышьяка). Перед началом нагрева в ростовой камере, в которой размещен тигель и в которой осуществляется настоящий способ, преимущественно обеспечивают давление инертного газа или азота 6,0 МПа для минимизации испарения мышьяка.
Тигель с помещенными в него галлием и мышьяком нагревают до температуры 850-950°С и удерживают эту температуру не менее 30 минут и не более 60 минут. За это время тигель успевает прогреться и нагреть помещенные в него мышьяк и галлий до температуры синтеза арсенида галлия. В частном варианте для получения арсенида галлия тигель нагревают и удерживают при температуре 850-950°С (предпочтительно 890°С), что обеспечивает оптимальные условия для осуществления синтеза арсенида галлия. Благодаря этому синтез арсенида галлия происходит быстрее и снижается время его контакта с тиглем и другими загрязняющими веществами, что позволяет получить более чистый монокристалл.
Нагрев тигля до температуры 850-950°С (или 850-900°С или 890°С в вышеуказанных частных вариантах) преимущественно осуществляют со скоростью не менее 5°С/мин и не более 10°С/мин. Такая скорость нагрева позволяет, с одной стороны, осуществить нагрев достаточно быстро, что снижает время контакта веществ в тигле с материалом тигля и другими веществами, а с другой стороны, предотвращает разрушение тигля вследствие слишком сильного перепада температуры и снижает вероятность неравномерной возгонки веществ (в частности, мышьяка), еще не вступивших в реакцию синтеза арсенида галлия, и их взаимодействия с окружающими материалами и/или газами. Это также повышает чистоту конечного продукта. После окончания операции синтеза арсенида галлия нагревают тигель до температуры 1225-1350°С и получают расплав арсенида галлия.
Минимизация временного интервала между синтезом арсенида галлия и получением его расплава дополнительно снижает загрязнение этого вещества, которое происходило бы из-за контакта с тиглем как при паузе между операциями синтеза и получения расплава, так и при дополнительных операциях получения поликристаллического арсенида галлия путем охлаждения после синтеза GaAs и последующего нагрева при получении расплава.
При нагреве тигля до температуры 1225-1350°С нагревается и синтезированный арсенид галлия и превращается в расплав арсенида галлия. Указанный диапазон температур минимизирует времени выращивания монокристалла арсенида галлия, а значит уменьшает время контакта расплава арсенида галлия с тиглем. Это позволяет уменьшить загрязнения арсенида галлия.
В частных вариантах тигель с арсенидом галлия предпочтительно нагревают до температуры 1225-1275°С (или, в оптимальном случае, 1248°С), что обеспечивает оптимальные условия для осуществления синтеза арсенида галлия. Благодаря этому выращивание арсенида галлия происходит быстрее и снижается время контакта расплава арсенида галлия с тиглем и другими загрязняющими веществами, что позволяет получить более чистый монокристалл.
Нагрев тигля до температуры 1225-1350°С (или 1225-1275°С или 1248°С в вышеуказанных частных вариантах) предпочтительно осуществляют со скоростью не менее 5°С/мин и не более 10°С/мин. Такая скорость нагрева позволяет, с одной стороны, осуществить нагрев достаточно быстро, что снижает время контакта арсенида галлия в тигле с материалом тигля и другими веществами, а с другой стороны, предотвращает разрушение тигля вследствие слишком сильного перепада температуры и снижает вероятность разложения арсенида галлия на отдельные компоненты за счет испарения мышьяка. Это также повышает чистоту конечного продукта.
Далее в расплав арсенида галлия опускают затравку и вытягивают монокристалл. Вытягивание монокристалла происходит по методу Чохральского. Скорость вращения тигля - (1.5-2,5) об/мин. Скорость вращения затравки -(2,0-5,0) об/мин. Перемещение затравки увеличивается от 3,0 мм/час при затравливании до 8,0 мм/час по окончании роста монокристалла. Такие параметры роста монокристалла обеспечивают формирование близкой к плоской формы фронта кристаллизации. Это позволяет уменьшить уровень термических напряжений в монокристалле и повысить его структурное совершенство и обеспечивает равномерное распределение фоновых примесей по объему монокристалла.
Благодаря вышеописанному способу удается улучшить свойства получаемого монокристалла путем уменьшения доли примесей в получаемом монокристалле арсенида галлия. Уменьшение примесей достигается благодаря тому, что минимизируется время контакта арсенида галлия с тиглем, в том числе ввиду исключения операции охлаждения поликристаллического арсенида галлия после его получения, а также операции нагрева поликристаллического арсенида галлия до получения расплава арсенида галлия перед осуществлением вытягивания монокристалла.
Дополнительное улучшение свойств монокристалла достигается путем снижения содержания примесей в монокристалле и более равномерного их распределения, что снижает концентрацию примесей по всему кристаллу и устраняет точки концентрации примесей, что обеспечивается благодаря минимизации времени нагрева и удержания в заданных температурах до минимально необходимого для осуществления технологических операций, а также благодаря подбору температурных режимов, режимов давления и соотношению используемых галлия и мышьяка.
Claims (15)
1. Способ получения монокристалла арсенида галлия, включающий в себя следующие шаги:
- размещают в тигле галлий и мышьяк;
- размещают в тигле на галлии и мышьяке борный ангидрид;
- перед нагревом тигля задают давление инертного газа или азота в ростовой камере, в которой размещен тигель, 6,0 МПа, а после получения расплава уменьшают давление азота до 0,2-0,3 МПа в течение 50-60 мин;
- нагревают тигель до температуры 850-950°С;
- удерживают температуру тигля 850-950°С не менее 30 минут и не более 60 минут и получают арсенид галлия;
- нагревают тигель до температуры 1225-1350°С и получают расплав арсенида галлия;
- в расплав арсенида галлия опускают затравку и вытягивают монокристалл.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев тигля до температуры 850-950°С осуществляют со скоростью не менее 5°С/мин и не более 10°С/мин.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев тигля до температуры 1225-1350°С осуществляют со скоростью не менее 5°С/мин и не более 10°С/мин.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения арсенида галлия тигель нагревают и удерживают при температуре 850-900°С или 890°С.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения расплава арсенида галлия тигель нагревают до температуры 1225-1275°С.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вытягивание монокристалла происходит по методу Чохральского с жидкостной герметизацией расплава борным ангидридом, причем обеспечивают скорость вращения тигля 1,5-2,5 об/мин, причем обеспечивают скорость вращения затравки 2,0-5,0 об/мин, причем перемещение затравки увеличивается от 3,0 мм/ч при затравливании до 8,0 мм/ч по окончании роста монокристалла.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что мышьяк и галлий помещают в тигель с избытком мышьяка от 0,05 до 0,09% от массы стехиометрического количества мышьяка.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что борный ангидрид содержит 1,0-2,5 мас. %. воды.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2818932C1 true RU2818932C1 (ru) | 2024-05-07 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2512846A1 (fr) * | 1981-09-16 | 1983-03-18 | Labo Electronique Physique | Procede pour la croissance cristalline de materiau, et cristaux ainsi obtenus |
US4776971A (en) * | 1985-05-29 | 1988-10-11 | Montedison S.P.A. | Gallium arsenide single crystals with low dislocation density and high purity |
SU1730217A1 (ru) * | 1990-04-16 | 1992-04-30 | Научно-исследовательский институт материаловедения им.А.Ю.Малинина | Способ выращивани малодислокационных монокристаллов арсенида галли |
SU1824956A1 (ru) * | 1990-12-29 | 1995-06-19 | Всесоюзный научно-исследовательский институт материалов электронной техники | Способ получения монокристаллов арсенида галлия |
RU2400574C1 (ru) * | 2009-04-10 | 2010-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "ЮниСаф-Малахит" | Способ получения монокристаллов a3b5 |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2512846A1 (fr) * | 1981-09-16 | 1983-03-18 | Labo Electronique Physique | Procede pour la croissance cristalline de materiau, et cristaux ainsi obtenus |
US4776971A (en) * | 1985-05-29 | 1988-10-11 | Montedison S.P.A. | Gallium arsenide single crystals with low dislocation density and high purity |
SU1730217A1 (ru) * | 1990-04-16 | 1992-04-30 | Научно-исследовательский институт материаловедения им.А.Ю.Малинина | Способ выращивани малодислокационных монокристаллов арсенида галли |
SU1824956A1 (ru) * | 1990-12-29 | 1995-06-19 | Всесоюзный научно-исследовательский институт материалов электронной техники | Способ получения монокристаллов арсенида галлия |
RU2400574C1 (ru) * | 2009-04-10 | 2010-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "ЮниСаф-Малахит" | Способ получения монокристаллов a3b5 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6273948B1 (en) | Method of fabrication of highly resistive GaN bulk crystals | |
JP2007106669A (ja) | 半絶縁性GaAs単結晶の製造方法 | |
JP4120016B2 (ja) | 半絶縁性GaAs単結晶の製造方法 | |
RU2818932C1 (ru) | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ (GaAs) | |
JP2010059052A (ja) | 半絶縁性GaAs単結晶の製造方法および装置 | |
JPH10259100A (ja) | GaAs単結晶の製造方法 | |
JPH10218699A (ja) | 化合物半導体単結晶の成長方法 | |
JP2001180918A (ja) | リン化インジウムの直接合成法 | |
KR20080036050A (ko) | 제 13 족 금속 질화물 결정의 제조 방법, 반도체디바이스의 제조 방법, 및 이들 제조 방법에 사용하는용액과 융액 | |
JP2531875B2 (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法 | |
JP2000327496A (ja) | InP単結晶の製造方法 | |
JPS6065794A (ja) | 高品質ガリウム砒素単結晶の製造方法 | |
JPS59131597A (ja) | 高品質ガリウム砒素単結晶の製造方法 | |
JPS62230694A (ja) | GaAs単結晶の製造方法 | |
RU2061109C1 (ru) | Способ получения монокристаллов селеногаллата серебра | |
JPS6153186A (ja) | 抵抗加熱用ヒ−タ | |
JPH03252385A (ja) | 高解離圧単結晶の製造方法 | |
JPH10212200A (ja) | 半絶縁性GaAs単結晶の製造方法 | |
JPS6335600B2 (ru) | ||
RU1809847C (ru) | Способ получени кристаллического арсенида галли | |
JP2873449B2 (ja) | 化合物半導体浮遊帯融解単結晶成長方法 | |
JPS63176398A (ja) | 化合物半導体単結晶の育成方法 | |
JPS60118696A (ja) | リン化インジウム単結晶の育成方法 | |
JPS62138393A (ja) | 化合物半導体混晶結晶の成長方法 | |
JPS60171296A (ja) | 化合物半導体の製造方法 |