SU678748A1 - Crystal producing method - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к технологии изготовлени  полупроводникового материала , в частности, РЦ-х , пригодного дл  изготовлени  оптоэлектронных устройств, работающих в ИКобласти , например фотодетекторов.This invention relates to a process for the manufacture of a semiconductor material, in particular, RC-x, suitable for the manufacture of optoelectronic devices operating in the IR field, such as photodetectors.

ЗпуТе  вл етс  одним из наиболее перспективных полупроводнико-. вых материалов, пригодных дл  создаии ИК-детекторов , однако его использование в этих приборах тормозитс  отсутствием способа изготовлени  кристаллов с низкой концентрацией носителей тока пор дка см (77°К) . ZnP is one of the most promising semiconductors. However, its use in these devices is hampered by the lack of a method for producing crystals with a low concentration of current carriers of about cm (77 ° K).

Известен способ получени  материала состава Pbjj ол минимальной концентрацией 1, 4 10 путем синтеза материала с кристаллизацией из газовой фазы в ампуле, помещенной в печь с градиентом температур. В течение нескольких суток получают кристаллы размером до 1 мм. Дл  снижени  концентрации носителей тока кристаллы легируют кадмием путем диффузии 11 В результате получают минимальную концентрацию 2,310 см (77к)A known method for obtaining a material of composition Pbjj ol with a minimum concentration of 1, 4 is 10 by synthesizing material with crystallization from the gas phase in an ampoule placed in a furnace with a temperature gradient. Within a few days, crystals of up to 1 mm are obtained. To decrease the carrier concentration, the crystals are doped with cadmium by diffusion. 11 The result is a minimum concentration of 2.310 cm (77k)

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ Г2П/ согласно которому материал легируют индием. Этот -способ состоит в выращивании эпитаксиалышх слоев методом жидкостной эпитаксии при одновременн 1 легировании индием. Получены кристаллические слои п-типа. ПроцессThe closest to the present invention is the G2P method / according to which the material is doped with indium. This method consists in growing epitaxial layers by liquid epitaxy with simultaneous 1 doping with indium. Crystals of the n-type are obtained. Process

ведут в присутствии избытка металлического компонента, что не позвол ет получать в этом случае низкую концентрацию носителей в сло х.lead in the presence of an excess of the metal component, which does not allow to obtain in this case a low concentration of carriers in the layers.

Целью изобретени   вл етс  получемне кристаллов с концентрацией носителей тока менее 10 (77°К) дл  оптоэлектронных приборов ИК-области, Дл  этого предложено вести легирование в процессе синтеза соединени  путем добавки инди  в исходный материал в количестве 0,5-4 ат,% и дополнительном введении эквиатомного с индием количества теллура в прюцессе синтеза соединени  или вырасшвани  кристаллов.The aim of the invention is to obtain crystals with a carrier concentration of less than 10 (77 ° K) for optoelectronic devices in the infrared region. For this purpose, it was proposed to doping in the process of compound synthesis by adding indium to the starting material in an amount of 0.5-4 at,% and additionally introducing an equiatomic with indium amount of tellurium in the process of synthesis of a compound or crystal extrusion.

Пример 1. Получение кристаллов методом Бриджмана составгГExample 1. Obtaining crystals by the method of bridgeman composition

Snqie « Snqie "

В кварцевую ампулу помещают навеску , содержащую РЬ 84,9479; So 10,6821 Те 63,8000; 1пТе 7,4371, что соответствует введению в Pbgg/ Те 3,92 вес.% In в виде соединени  1пТв, Провод т синтез с вибрационным перемешиванием расплава при 860°С, выдерзску ,в течение 2 ч и снижение тектературы со скоростью 30°С/ч в интервале температур 8бО-8СО-с, Затем печь выключают. Методом рентгенодифракционного анализа установлено что синтезированный материал во всем объеме  вл етс  однофазньп-л и гомогенным по составу, д....In a quartz ampoule is placed a sample containing Pb 84,9479; So 10.6821 Those 63.8000; 1PTe 7,4371, which corresponds to the introduction of Pbgg / Te 3.92 wt.% In in the form of a 1pTv compound. Synthesis with vibratory stirring of the melt is carried out at 860 ° С, outflow for 2 hours and reduced temperature at a rate of 30 ° С / h in the temperature range 8bO-8CO-s, then the furnace is turned off. The X-ray diffraction analysis method established that the synthesized material in the whole volume is single-phase and homogeneous in composition, d ...

Затем синтезирован - ый материалThen synthesized material

помещают в ампулу диаметром 15 мм и длиной 80 f-wt; , Откачанную и отпа нную ампулу помещают в печь, особенностью конструкции которой  вл етс  размещение нагревател  в вакуумной камере, что обеспечивает посто нство температура процесса С;точностью .,placed in a vial with a diameter of 15 mm and a length of 80 f-wt; The pumped out and discharged ampoule is placed in a furnace, the design feature of which is the placement of the heater in the vacuum chamber, which ensures the constant temperature of the process C; accuracy.,

В первый момент арлпулу устанавливают в печи так, чтобы температура во всех точках ампулы была посто нна , затем медленно выт гивают ампулу со скоростью 0,15 мм/ч в более холодную зону, При этом происходит рост кристалла, состо щего из одного или нескольких монокристаллических блоков, часто с выходом естественной транк (100) на поверхность кристалла.At the first moment, the arlpule is installed in the furnace so that the temperature at all points of the ampoule is constant, then the ampule is slowly pulled at a rate of 0.15 mm / h to the colder zone. At the same time, a crystal consisting of one or more single crystal grows. blocks, often with the release of a natural trunk (100) on the surface of the crystal.

За 4-5 сут, удаетс  вырастить кристалл длиной 20-25 мм и диаметром 15-18 мм, По.окончании процесса выргщиваЕ и  провод т гомогенизирующий отжиг в течение 2 сут, в той же печи при 500°С,In 4-5 days, it is possible to grow a crystal with a length of 20-25 mm and a diameter of 15-18 mm. After the process is exhausted, and homogenizing annealing is performed for 2 days, in the same furnace at 500 ° C

Пример 2, Получение кристаллов методом Бриджмана ,2пТе, В кварцевую ампулу помемают 25 г предварительно синтезированного РЬо,78 S по,о.5 Те и туда же добавл ют 2,643 г inТе, что соответствует введению в шихту 1,393 г In, и про вод т синтез вибрационным перемешиванием расплава при , выдержку течение 2 ч и снижение температуры со скоростью в интервале температур 840-800°С, Затем печь выклю-ают . Методом рентгенодифракционного а .1пиза установлено; что синтезированный материал  вл етс  однофазным и гомогенным по составу,. Выращивание ведут по примеру 1, но со скоростью Of 2 Mivi/ч . Получают кристал.пы, состо щие из одного или нескольких монокрнсталлических блоков, часто с выходом естественных монокристаллических блоков, часто с выходом естест венной грани (100) на поверхность кристалла. За 4-5 сут, удаетс  вырастить кристалл длиной 20-25 мм и диаметром 15-18 мм. По окончании процесса выращивани  провод т гомогенизирующий ОТЖИГ в течение 2 сут в той же пачи при .Example 2, Preparation of crystals by the Bridgman method, 2pTe, 25 g of pre-synthesized PbO, 78 S per, o.5 Te was poured into a quartz ampoule, and 2.643 g of inTe was added thereto, which corresponds to the introduction of 1.93 g of In into the mixture, and synthesis by stirring the melt under stirring for 2 hours and reducing the temperature at a rate in the temperature range of 840–800 ° C; then the furnace is turned off. The method of X-ray diffraction and .1 pisa installed; that the synthesized material is single-phase and homogeneous in composition ,. Growing lead in example 1, but with a speed Of 2 Mivi / h. Crystals consisting of one or several monocrystalline blocks are obtained, often with the release of natural single crystal blocks, often with a natural face (100) reaching the surface of the crystal. In 4-5 days, it is possible to grow a crystal 20-25 mm long and 15-18 mm in diameter. At the end of the growing process, a homogenizing annealing is carried out for 2 days in the same bag at.

Пример 3. Получение монокрталлов РЬ„.э S Пр. „ Те методом горизонs iExample 3. Production of monocrtals Pb „.e S Ex. „Those using the horizon method i

тальной зонной плавки.tonal zone melting.

Дл  синтеза берут исходные компоненты , как в примере 1, но инди  добавл ют 0,6 ат.%. Затем синтезированный материал помещают в графитовую лодочку, которую запаивают под вакуумом в горизонтальную кварцевую ампулу, В противоположном от лодоч-ки конце ампулы размещают чистый теллур. Температура в зоне кристаллизации 860-10 С, температура теллура 350-450°С, скорость перемещени  зоны 2-3 мм/ч. Процесс идет при контролируемом давлении паров теллура. For synthesis, the initial components are taken, as in Example 1, but 0.6 at.% Is added to indium. Then the synthesized material is placed in a graphite boat, which is sealed under vacuum in a horizontal quartz ampoule. In the opposite end of the ampule from the boat, pure tellurium is placed. The temperature in the crystallization zone is 860-10 ° C, the tellurium temperature is 350-450 ° C, the speed of movement of the zone is 2-3 mm / h. The process goes with a controlled vapor pressure of tellurium.

Пример 4. Получение монокристаллов Pb( , Те методом Чохральского из под флюса , при контролируемом давлении паров теллура над расплавом.Example 4. Obtaining single crystals of Pb (, Those by the Czochralski method from under the flux, with a controlled pressure of tellurium vapor above the melt.

Провод т синтез материала РЬ,,,5п, ТеThe synthesis of material Pb ,,, 5p, Te

как указано в примере 3, затем синтезированный материал помещают в двухкамерный графитовьй) тигель, в дне которого имеютс  фильеры, соедин ющие камеру расплава с второй камерой,as indicated in example 3, then the synthesized material is placed in a two-chamber graphite crucible, at the bottom of which there are dies connecting the melt chamber with the second chamber,

выполненной в виде отростка, в отросток помещают чистый теллур. Регулиру  температуру отростка второй камеры , удаетс  контролировать равновесное давление пара теллура надmade in the form of a process, pure tellurium is placed in the process. By adjusting the temperature of the process of the second chamber, it is possible to control the equilibrium pressure of the tellurium vapor over

расплавом. Температура расплава 860+10°С, температура теллура 350450 С , скорость выращивани  3-4 мм/ч.melt. The melt temperature is 860 + 10 ° С, the tellurium temperature is 350450 ° С, the growth rate is 3-4 mm / h.

Пример 5. Получение слоев Snar-f методом фотостимулированной газовой эпитаксии. Example 5. Obtaining layers of Snar-f by the method of photostimulated gas epitaxy.

Метод отличаетс  тем, что во врем  роста пленки поверхность подложки разогревают световым потоком до температуры эпитаксиального наращивани , а нижнюю часть подложки охлаждают дл  предотвращени  вли ни  свойств материала подложки. Процесс выращивани  ведут в замкнутом объеме с независимо контролируемыми источниками паров компонентов или примесей .The method differs in that during the growth of the film, the substrate surface is heated by the luminous flux to the temperature of epitaxial growth, and the lower part of the substrate is cooled to prevent the properties of the substrate material from affecting. The growing process is carried out in a closed volume with independently controlled sources of vapors of the components or impurities.

Материал, синтезированный по примеру 1 или 2, помещают в замкнутый кварцевый реакционный аппарат, в котором производ т выращивание эпитаксиальных слоев. Аппарат снабжен отростком , в который помещают теллур, независима  температура которого во врем  эпитаксии составл ет 300400с дл  обеспечени  свободного теллура в зоне роста в количестве, превшиающем стехиометрический состав. Температура роста монокристаллических эпитаксиальных слоев 680-700 0,The material synthesized according to Example 1 or 2 is placed in a closed quartz reaction apparatus, in which epitaxial layers are grown. The apparatus is provided with a process in which tellurium is placed, the independent temperature of which during epitaxy is 300400 s to ensure free tellurium in the growth zone in an amount exceeding the stoichiometric composition. Growth temperature of single-crystal epitaxial layers 680-700 0,

скорость роста 100-200 мкм/ч.growth rate of 100-200 microns / h.

Состав полученных по примерам 1-5 образцов определ ют с помощью рентгеноспектрального микрозонда на установке Сошевах, концентрацию носителей измер ют по методу Холла. ВоThe composition of the samples prepared according to examples 1-5 was determined using an X-ray microprobe using the Soshevs installation; the carrier concentration was measured by the Hall method. In

всех случа х получают материал с концентрацией носителей 3-10 ( и подвижностью 6 2 .10 cMVc (770к).All cases receive material with a carrier concentration of 3-10 (and mobility of 6 2 .10 cMVc (770k).

Интенсивность излучени  люминесценции на пор док выше, чем у материала , получаемого известным способом . Этот факт свидетельствует о более высоком квантовом выходе и уменьшении потерь излучени . Материал стабилен в течение длительного времени, что обеспечивает воспрюизводимость параметров приборов.The intensity of the luminescence is an order of magnitude higher than that of the material obtained in a known manner. This fact indicates a higher quantum yield and a decrease in radiation loss. The material is stable for a long time, which ensures the reproducibility of instrument parameters.

На основе полученного предлагаемым способом материала изготовлены фотодетекторы, работающие в области длин волн 8-14 мкм.On the basis of the material obtained by the proposed method, photodetectors are manufactured operating in the wavelength range of 8-14 μm.

Claims (2)

1.. Electrochem. Soc., 1973, 120, 8, 131.1 .. Electrochem. Soc., 1973, 120, 8, 131. 2. Mater. Res ВиП, 1974, 9, 2. Mater. Res WI, 1974, 9, 5 799-802.5 799-802.