Способ формирования монокристаллической мембраны из арсенида или фосфида галлия-алюминия

(51) 01 21/208 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ приборов с квантовыми ямами, в частности гетеролазеров. Достигаемый технический результат сохранение целостности монокристаллической мембраны из арсенида или фосфида галлияалюминия при удалении расплава. Предлагается способ формирования монокристаллической мембраны из 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(ТПЛТК) атомных процентов, где ТПЛ- температура плавления подложки, а Тк- температура контакта подложки и расплава, охлаждение подложки с расплавом до комнатной температуры и удаление расплава,отличающийся тем, что подложку предварительно покрывают по периметру защитным слоем, а удаление расплава проводят при температуре контакта.(72) Антощенко Владимир Степанович Лаврищев Олег Александрович Францев Юрий Валерьевич(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный университет им. Аль-Фараби Министерство образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ ИЗ АРСЕНИДА ИЛИ ФОСФИДА ГАЛЛИЯАЛЮМИНИЯ(57) Изобретение относится к технологии полупроводников, преимущественно к жидкостной эпитаксии соединений А 3 В 5 и может быть использовано для создания монокристаллических мембран и тонкопленочных полупроводниковых 21040 Изобретение относится к технологии полупроводников, преимущественно к жидкостной эпитаксии соединений А 3 В 5 и может быть использовано для создания монокристаллических наномембран и тонкопленочных полупроводниковых приборов с квантовыми ямами,в частности гетеролазеров. Известен способ формирования тонких монокристаллических пленок(.45 1978 - .277-280), который заключается в том, что на подложкуметодом жидкостной эпитаксии наносят буферный слой твердого раствора 0.70.3 толщиной 5 мкм, а поверх него - слойтолщиной ЗОмкм. Затем слойотделяют от подложки путем избирательного химического травления буферного слоя твердого раствора 0.70.3, например, в кипящей концентрированной соляной кислоте, и переносят на вторичную поддерживающую подложку. Известен также способ формирования наномембран ( А.С.,,, ,, - (10) 9,2007-.270-282),который заключается в том, что на кремниевую подложку наносят буферный слой 2 толщиной 150 нм, а поверх него выращивают напряженную структуру/ толщиной 110 нм. После извлечения подложки со структурой из ростовой установки буферный слой 2 селективно удаляют в горячей плавиковой кислоте, а полученную мембрану переносят на вторичную поддерживающую подложку. Недостатком этих способов является то, что для удаления буферного слоя требуются большие интервалы времени, зависящие от его толщины. Другим недостатком является то, что процесс выращивания и процесс удаления буферного слоя разнесены в пространстве и времени (процесс проводят в две стадии), что усложняет изготовление и увеличивает затраты времени на его осуществление. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ формирования монокристаллической мембраны из арсенида или фосфида галлия-алюминия методом жидкофазной эпитаксии (Патент РК 1311, Опубл. 15.09.94, Бюл.3, МГК 5 01 21/208), включающий нанесение при температуре контакта на подложку из арсенида или фосфида галлия расплава олова с добавкой алюминия в количестве 3,310-5 ехр 2160(ТПЛТК) атомных долей, где ТПЛтемпература плавления подложки, а Тк- температура контакта подложки и расплава, охлаждение подложки с расплавом до комнатной температуры и удаление расплава с подложки. Недостатком способа является сложность получения мембраны толщиной менее 1 мкм, т.к. при удалении расплава мембрана сдвигается относительно подложки и разрушается,а охлаждение расплава вместе с подложкой до 2 комнатной температуры приводит к нежелательной в ряде случаев дополнительной кристаллизации слоя арсенида или фосфида галлия-алюминия. Задача изобретения разработка способа формирования монокристаллической мембраны из арсенида или фосфида галлия-алюминия и сохранение ее целостности при удалении расплава. Технический результат достигается способом формирования монокристаллической мембраны из 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 Тплтемпература плавления подложки, а Тк- температура контакта подложки и расплава, охлаждение подложки с расплавом до комнатной температуры и удаление расплава, но в отличие от известного подложку предварительно покрывают по периметру защитным слоем, а удаление расплава с ее поверхности проводят при температуре контакта. Проведенные патентно-информационные исследования показали, что не существует аналогов,где бы подложку перед формированием монокристаллической мембраны покрывали по периметру защитным слоем, а удаление расплава с ее поверхности проводили при температуре контакта. Преимуществом данного способа по сравнению с прототипом является возможность выращивания монокристаллических мембран из арсенида или фосфида галлия алюминия толщиной менее 200 нм и их использования как самостоятельно, так и в качестве сверхтонких подложек для синтеза других полупроводниковых соединений,например,арсенида индия или фосфида индия, а также создавать приборы с квантовыми ямами, например,гетеролазеры. На фиг. 1,а приведен схематический чертеж, а на фиг. 1,б - микрофотография структуры со сформированной мембраной 1- подложка, 2- мембрана, 3 - металл ,4-защитная маска (графит). Примеры реализации способа. Для формирования мембраны из арсенида галлия-алюминия используют графитовую кассету сдвигового типа, состоящую из резервуара для расплава и движка с выемкой для подложки,который с помощью штока можно перемещать подложку под расплав и назад, в исходное положение. Выращивание проводят в атмосфере очищенного водорода при температуре 1000 К. Подложка представляет собой монокристаллические полированные пластинки арсенида или фосфида галлия толщиной 0,4 мм и площадью 11 см 2. Во всех экспериментах состав пленок и их толщина определялись на рентгеновском микроанализаторе-733. Пример 1. Подложку из арсенида галлия и расплав,состоящий из 1,47 г олова и 0,68 мг алюминия,помещают в кассету так, чтобы в исходном положении они не соприкасались. После нагрева до 21040 1000 К и изотермической выдержке в течение 1 часа для гомогенизации расплава, подложку и расплав приводят в контакт путем перемещения движка. Затем подложку возвращают в исходное положение и проводят охлаждение до комнатной температуры. В результате на подложке обнаружен слой олова толщиной 12-15 мкм, без признаков формирования мембраны. Пример 2. Проводят операции по примеру 1, но подложку перед помещением в кассету покрывают по периметру защитным слоем путем термического распыления графита. На незащищенной части подложки обнаружена монокристаллическая мембрана из арсенида галлия-алюминия толщиной 180 нм, расположенная на прослойке олова толщиной 10-15 мкм, связанная с подложкой по периметру вдоль границы с защитным слоем. Пример 3. Проводят операции по примеру 2, но расплав удаляют с подложки при температуре 600 К. На незащищенной части подложки обнаружена монокристаллическая мембрана из арсенида галлияалюминия толщиной 6,5 мкм, расположенная на прослойке олова (фиг.1,б). Пример 4. Проводят операции по примеру 3, но берут подложку из фосфида галлия, а выращивание проводят при температуре 1100 К. На незащищенной части подложки обнаружена монокристаллическая мембрана из фосфида галлия-алюминия толщиной 190 нм, расположенная на прослойке олова толщиной 5-7 мкм и связанная с подложкой по границе с защитным слоем. Пример 5. Проводят операции по примеру 1, но подложку перед помещением в кассету покрывают защитным слоем в виде сетки путем термического распыления графита через маску. На незащищенных частях подложки обнаружена система монокристаллических мембран из арсенида галлияалюминия толщиной 180 нм, расположенных на прослойке олова толщиной 10-12 мкм, связанных по периметру вдоль границы с защитным слоем. Пример 1 показывает невозможность формирования мембраны толщиной менее 200 нм,так как при сдвиге она крошится и перемешивается с расплавом. Примеры 2-5 показывают, что нанесение защитного слоя по периметру подложки или в виде сетки позволяет получать как относительно толстые(пример 3), так и тонкие (менее 200 нм) мембраны из монокристаллического арсенида или фосфида галлия-алюминия. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ формования монокристаллической мембраны из арсенида или фосфида галлияалюминия, включающий нанесение при температуре контакта на подложку из арсенида или фосфида галлия расплава олова с добавкой алюминия в количестве 3,310-5 ехр 2160(ТПЛТК) атомных долей, где ТПЛ - температура плавления подложки, а ТК - температура контакта подложки и расплава,охлаждение подложки с расплавом до комнатной температуры и удаление расплава, охлаждение подложки с расплавом до комнатной температуры и удаление расплава, отличающийся тем, что подложку предварительно покрывают по периметру защитным слоем, а удаление расплава проводят при температуре контакта. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что защитный слой наносят в виде сетки.