RU2613487C1 - METHOD FOR PREPARATION OF InSb SUBSTRATE SURFACE FOR HETEROSTRUCTURE GROWING USING MBE - Google Patents
METHOD FOR PREPARATION OF InSb SUBSTRATE SURFACE FOR HETEROSTRUCTURE GROWING USING MBE Download PDFInfo
- Publication number
- RU2613487C1 RU2613487C1 RU2015151820A RU2015151820A RU2613487C1 RU 2613487 C1 RU2613487 C1 RU 2613487C1 RU 2015151820 A RU2015151820 A RU 2015151820A RU 2015151820 A RU2015151820 A RU 2015151820A RU 2613487 C1 RU2613487 C1 RU 2613487C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- oxide layer
- insb
- antimony
- oxides
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 158
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 31
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 25
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 22
- 229910000410 antimony oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N oxoantimony Chemical class [Sb]=O VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 15
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 15
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 13
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 12
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 10
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims description 6
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 abstract 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002128 reflection high energy electron diffraction Methods 0.000 description 5
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 4
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 3
- 229910052979 sodium sulfide Inorganic materials 0.000 description 3
- GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N sodium sulfide (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].[S-2] GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006388 chemical passivation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- -1 ammonium peroxide Chemical class 0.000 description 1
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000000572 ellipsometry Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N helium neon Chemical compound [He].[Ne] CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- DECCZIUVGMLHKQ-UHFFFAOYSA-N rhenium tungsten Chemical compound [W].[Re] DECCZIUVGMLHKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Техническое решение относится к полупроводниковым приборам, к технологии их изготовления и может быть использовано при разработке технологии выращивания гетероструктур на подложках InSb для изготовления фокальных диодных фотоприемных матриц.The technical solution relates to semiconductor devices, to the technology of their manufacture and can be used to develop technology for growing heterostructures on InSb substrates for the manufacture of focal diode photodetector arrays.
Создание фокальных диодных фотоприемных матриц нового поколения на основе гетероструктур на InSb методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) требует разработки технологии выращивания гетероструктур на InSb подложках с заданными свойствами, которые, в значительной степени, определяются совершенством поверхности подложек перед МЛЭ ростом. Получение гладкой на атомарном уровне поверхности InSb обеспечивается удалением собственного окисного слоя вакуумным отжигом, так как наличие окислов влияет на зародышеобразование на начальной стадии эпитаксиального роста и, как следствие, на плотность дефектов в эпитаксиальных слоях.The creation of a new generation of focal diode photodetector arrays based on InSb heterostructures by molecular beam epitaxy (MBE) requires the development of a technology for growing heterostructures on InSb substrates with desired properties, which are largely determined by the perfection of the substrate surface before MBE growth. Obtaining an InSb surface that is smooth at the atomic level is ensured by removing the intrinsic oxide layer by vacuum annealing, since the presence of oxides affects nucleation at the initial stage of epitaxial growth and, as a consequence, the density of defects in epitaxial layers.
Подготовка поверхности подложки InSb к росту в вакууме с предварительным отжигом представляет собой отдельную технологическую задачу. Параметры отжига определяются толщиной и составом окисного слоя, который образуется при контакте поверхности с кислородом воздуха и нужен для предотвращения нежелательного взаимодействия других неконтролируемых компонентов атмосферы с материалом подложки.The preparation of the surface of the InSb substrate for growth in vacuum with preliminary annealing is a separate technological problem. The annealing parameters are determined by the thickness and composition of the oxide layer, which is formed upon contact of the surface with atmospheric oxygen and is necessary to prevent undesirable interaction of other uncontrolled components of the atmosphere with the substrate material.
Подложки отжигают при температуре до 440°С в потоке сурьмы для исключения нарушения стехиометрии поверхности из-за испарения этого легколетучего компонента. Процессы десорбции окислов с поверхности и начальные стадии роста эпитаксиальных слоев InSb контролируются дифракцией быстрых электронов на отражение (ДБЭО).The substrates are annealed at temperatures up to 440 ° C in an antimony stream to exclude disturbances in surface stoichiometry due to the evaporation of this volatile component. The processes of desorption of oxides from the surface and the initial stages of growth of the InSb epitaxial layers are controlled by reflection electron diffraction (RHEED).
Различная температура десорбции окислов индия и сурьмы в сочетании с низкой температурой разложения InSb (320÷340°С) и низким давлением паров In2О3 затрудняют получение атомарно-гладкой и одновременно атомарно-чистой поверхности InSb при стандартном термическом отжиге. Поэтому разрабатывают различные дополнительные меры, способствующие удалению окисного слоя с поверхности InSb, которые реализуют перед отжигом различными способами.The different desorption temperatures of indium and antimony oxides in combination with the low InSb decomposition temperature (320 ÷ 340 ° С) and low In 2 О 3 vapor pressure make it difficult to obtain an atomically smooth and at the same time atomically clean InSb surface during standard thermal annealing. Therefore, various additional measures are being developed that promote the removal of the oxide layer from the InSb surface, which are implemented before annealing in various ways.
Известна работа (Т.В. Львова, М.С. Дунаевский, М.В. Лебедев, А.Л. Шахмин, И.В. Седова, С.В. Иванов, «Химическая пассивация подложек InSb (100) в водных растворах сульфида натрия», ФТП, 2013, том 47, вып. 5, с.с. 710-716), в которой изложены результаты исследования процесса химической пассивации поверхности готовых для эпитаксии (epi-ready) подложек InSb и в которой описан способ подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией, последовательно включающий: предварительную обработку поверхности epi-ready подложки InSb с модификацией окисного слоя, обеспечивающей при последующей операции его полное удаление; непосредственно удаление окисного слоя отжигом. Указанную предварительную обработку подложки проводят в одномолярном водном растворе сульфида натрия (Na2S×9H2O) при температуре 45°С в течение от 1 до 10 минут, включая указанные значения, с последующей промывкой в проточной бидистиллированной воде и сушкой при комнатной температуре. Удаление окисного слоя проводят посредством высокотемпературной обработки подложки - отжига в условиях высокого вакуума (с уровнем вакуума около 2⋅10-8 мбар) при температуре около 150°С. Таким образом обеспечивают полное удаление собственных оксидов индия и сурьмы за счет образования хемосорбированных слоев серы, образующих связь с атомами индия.Known work (T.V. Lvova, M.S. Dunaevsky, M.V. Lebedev, A.L. Shakhmin, I.V. Sedova, S.V. Ivanov, “Chemical passivation of InSb (100) substrates in aqueous solutions Sodium Sulfide ”, FTP, 2013, Volume 47, Issue 5, SS 710-716), which describes the results of a study of the process of chemical passivation of the surface of InSb substrates ready for epitaxy (epi-ready) and describes the method of surface preparation InSb substrates for growing a heterostructure by molecular beam epitaxy, sequentially including: preliminary surface treatment of the epi-ready InSb substrate with mod fication of the oxide layer, in a subsequent operation provides its complete removal; directly removing the oxide layer by annealing. The specified preliminary processing of the substrate is carried out in a unipolar aqueous solution of sodium sulfide (Na 2 S × 9H 2 O) at a temperature of 45 ° C for 1 to 10 minutes, including the indicated values, followed by washing in running bidistilled water and drying at room temperature. Removal of the oxide layer is carried out by means of high-temperature treatment of the substrate — annealing under high vacuum (with a vacuum level of about 2 м10 -8 mbar) at a temperature of about 150 ° C. Thus, the complete removal of indium and antimony oxides is ensured due to the formation of chemisorbed sulfur layers forming a bond with indium atoms.
К недостаткам приведенного технического решения относится: нарушение вакуумной гигиены при выращивании высококачественных слоев эпитаксиальных структур методом МЛЭ, загрязнение поверхности epi-ready подложек InSb; возникающая относительно высокая шероховатость поверхности epi-ready подложек InSb, отсутствие требуемой гладкости.The disadvantages of the technical solution include: violation of vacuum hygiene when growing high-quality layers of epitaxial structures by MBE, surface contamination of epi-ready InSb substrates; the resulting relatively high surface roughness of the epi-ready InSb substrates, the lack of the required smoothness.
К причинам, препятствующим достижению технического результата, направленного на устранение указанных недостатков, относится нижеследующее.The reasons that impede the achievement of a technical result aimed at eliminating these shortcomings include the following.
Обработка поверхности epi-ready подложек InSb в водном растворе сульфида натрия приводит к загрязнению серой, нарушает вакуумную гигиену камеры МЛЭ роста.Surface treatment of epi-ready InSb substrates in an aqueous solution of sodium sulfide leads to sulfur contamination and violates the vacuum hygiene of the MBE growth chamber.
Наличие высокой шероховатости, достигающей до около 1,7 нм, как отмечается в работе, связано с присутствием углерода в виде микрочастиц.The presence of high roughness, reaching up to about 1.7 nm, as noted in the work, is associated with the presence of carbon in the form of microparticles.
Известен способ подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией (W.K. Liu, W.T. Yuen, R.A. Stradling, «Preparation of InSb substrates for molecular beam epitaxy», J. Vac. Sci. Technol., В 13 (4), 1995, p.p. 1539-1545), взятый за ближайший аналог, включающий предварительную обработку поверхности подложки InSb с модификацией состава окисного слоя, обеспечивающей в дальнейшем полное удаление окислов. Указанную предварительную обработку поверхности InSb подложки осуществляют в травителе состава HNO3:СН3СOOН:HF:H2O с соотношением 2:1:1:10, с использованием в качестве H2O деионизованной воды, получая в результате гладкую поверхность InSb подложки с окисным слоем, состоящим в основном из более летучих, по сравнению с окислом индия, окислов сурьмы.A known method of preparing the surface of an InSb substrate for growing a heterostructure by molecular beam epitaxy (WK Liu, WT Yuen, RA Stradling, "Preparation of InSb substrates for molecular beam epitaxy", J. Vac. Sci. Technol., B 13 (4), 1995 , pp 1539-1545), taken as the closest analogue, including preliminary processing of the surface of the InSb substrate with a modification of the composition of the oxide layer, providing further complete removal of oxides. The indicated preliminary surface treatment of the InSb substrate is carried out in an etchant of the composition HNO 3 : CH 3 COOH: HF: H 2 O with a ratio of 2: 1: 1: 10, using deionized water as H 2 O, resulting in a smooth surface of the InSb substrate with oxide layer, consisting mainly of more volatile, compared with indium oxide, antimony oxides.
К недостаткам приведенного технического решения относится: нарушение вакуумной гигиены при выращивании высококачественных слоев эпитаксиальных структур методом МЛЭ, загрязнение поверхности epi-ready подложек InSb; возникающая относительно высокая шероховатость поверхности epi-ready подложек InSb, отсутствие требуемой гладкости.The disadvantages of this technical solution include: violation of vacuum hygiene when growing high-quality layers of epitaxial structures by MBE, surface contamination of epi-ready InSb substrates; the resulting relatively high surface roughness of the epi-ready InSb substrates, the lack of the required smoothness.
К причинам, препятствующим достижению технического результата, направленного на устранение указанных недостатков, относится нижеследующее.The reasons that impede the achievement of a technical result aimed at eliminating these shortcomings include the following.
Относительно высокая сложность в обеспечении условий получения при травлении гладкой поверхности пластин большой площади, особенно при проведении травления в условиях одновременного перемешивания травильного раствора и вращения образца. При этом необходимо использовать специальные устройства для крепления подложек из химически инертного материала или приклеивать подложки на держатель. В случае приклеивания образцов после травления и промывки подложки в воде, необходимо проводить дополнительную операцию отклеивания и промывку подложки в органических растворителях, что может приводить к загрязнению ее поверхности углеродом.The relatively high complexity in providing the conditions for obtaining an etched smooth surface of a large area of plates, especially when conducting etching under conditions of simultaneous mixing of the etching solution and the rotation of the sample. In this case, it is necessary to use special devices for fixing substrates of chemically inert material or to stick substrates on the holder. In the case of gluing samples after etching and washing the substrate in water, it is necessary to carry out an additional peeling operation and washing the substrate in organic solvents, which can lead to carbon contamination of its surface.
Указанный способ неприемлем при использовании epi-ready подложек. При травлении их морфология поверхности может быть существенно ухудшена и загрязнена.This method is not acceptable when using epi-ready substrates. When etched, their surface morphology can be significantly degraded and contaminated.
Техническим результатом является:The technical result is:
- препятствование нарушению вакуумной гигиены при выращивании высококачественных слоев структур методом МЛЭ, предотвращение загрязнения поверхности epi-ready подложек InSb;- preventing the violation of vacuum hygiene when growing high-quality layers of structures by MBE, preventing contamination of the surface of epi-ready InSb substrates;
- достижение снижения шероховатости поверхности epi-ready подложек InSb, возникающей при подготовке поверхности, обеспечение требуемой гладкости.- the achievement of reducing the surface roughness of the epi-ready InSb substrates that occurs during surface preparation, ensuring the required smoothness.
Технический результат достигается способом подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией, заключающимся в том, что проводят предварительную обработку поверхности подложки InSb с модификацией состава окисного слоя, обеспечивающей в дальнейшем полное удаление окислов, модификацию состава окисного слоя осуществляют подвергая подложку действию жидкой среды с рН менее двух, за счет чего растворяют в большей степени окислы индия и обогащают поверхность легколетучими окислами сурьмы без растворения подложки, после модификации окисного слоя остаточный окисный слой удаляют в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы.The technical result is achieved by the method of preparing the surface of the InSb substrate for growing the heterostructure by molecular beam epitaxy, which consists in pre-treating the surface of the InSb substrate with a modification of the composition of the oxide layer, which subsequently provides complete removal of oxides, modification of the composition of the oxide layer by exposing the substrate to a liquid medium with a pH of less than two, due to which they dissolve indium oxides to a greater extent and enrich the surface with volatile antimony oxides without dissolution of the substrate, after modification of the oxide layer, the residual oxide layer is removed in the vacuum chamber of the molecular beam epitaxy unit using heat treatment of the substrate and the flow of antimony to the surface of the substrate.
В способе в ходе предварительной обработки поверхности подложки последнюю до модификации состава окисного слоя подвергают очистке от загрязнений - обезжиривают в растворе моноэталомина с перекисью водорода в соотношении 1:10 с последующим промыванием водой в течение от 2 до 5 минут, включая указанные значения, и сушкой в потоке инертного газа - аргона, с получением очищенной от органических загрязнений поверхности подложки, покрытой аморфной окисной пленкой из естественных окислов - окисла индия и окислов сурьмы.In the method, during the preliminary treatment of the surface of the substrate, the latter is purified from contaminants before the composition of the oxide layer is modified — degreased in a solution of monoethalomine with hydrogen peroxide in a ratio of 1:10, followed by washing with water for 2 to 5 minutes, including the indicated values, and drying in a stream of inert gas — argon, to obtain a substrate surface free of organic contaminants, coated with an amorphous oxide film of natural oxides — indium oxide and antimony oxides.
В способе используют среду с рН менее двух для растворения окисла индия, а именно водный раствор фтористоводородной кислоты или водный раствор хлористоводородной кислоты с рН, равным около 0,5.The method uses a medium with a pH of less than two to dissolve indium oxide, namely an aqueous solution of hydrofluoric acid or an aqueous solution of hydrochloric acid with a pH of about 0.5.
В способе при использовании среды с рН менее двух для растворения окисла индия - водного раствора фтористоводородной кислоты или водного раствора хлористоводородной кислоты с рН, равным около 0,5, обработку осуществляют при комнатной температуре - 293÷295 К в течение примерно 2 минут.In the method, when using a medium with a pH of less than two to dissolve indium oxide - an aqueous solution of hydrofluoric acid or an aqueous solution of hydrochloric acid with a pH of about 0.5, the treatment is carried out at room temperature - 293 ÷ 295 K for about 2 minutes.
В способе после модификации состава окисного слоя с обогащением его легколетучими окислами сурьмы подложку промывают водой в течение от 2 до 5 минут, включая указанные значения, и сушат в потоке инертного газа - аргона.In the method, after modifying the composition of the oxide layer with enriching it with volatile antimony oxides, the substrate is washed with water for 2 to 5 minutes, including the indicated values, and dried in an inert gas-argon stream.
В способе остаточный окисный слой удаляют в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы, при этом подложку помещают в камеру предварительного отжига, в которой устанавливают вакуум от 10-9 до 10-8 Торр, включая указанные значения, и обезгаживают в течение около 2 часов при температуре подложки около 275°С, затем подложку перемещают в ростовую камеру, в которой устанавливают вакуум около 10-10 Торр, подложку нагревают до температуры около 350°С в течение промежутка времени от 40 до 60 минут, включая указанные значения, при достижении указанной температуры осуществляют удаление окисного слоя, нагревая подложку со скоростью 5°С/мин до температуры около 440°С и подавая при этом к поверхности подложки поток сурьмы с эквивалентным давлением около 10-5 Торр, контролируя его удаление посредством дифракции быстрых электронов на отражение с энергией пучка около 12 кэВ.In the method, the residual oxide layer is removed in the vacuum chamber of the molecular beam epitaxy unit using heat treatment and feeding antimony to the surface of the substrate, the substrate being placed in a preliminary annealing chamber in which a vacuum of 10 -9 to 10 -8 Torr is installed, including values and degassed for about 2 hours at a substrate temperature of about 275 ° C, then the substrate is transferred to a growth chamber in which a vacuum of about 10 -10 Torr is installed, the substrate is heated to a temperature of about 350 ° C for a time interval of 40 to 60 minutes, including the indicated values, when the specified temperature is reached, the oxide layer is removed by heating the substrate at a speed of 5 ° C / min to a temperature of about 440 ° C and supplying an antimony stream with an equivalent pressure of about 10 -5 Torr, controlling its removal by diffraction of fast electrons by reflection with a beam energy of about 12 keV.
Сущность технического решения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.The essence of the technical solution is illustrated by the following description and the accompanying figures.
На Фиг. 1 представлена Таблица 1, иллюстрирующая влияние проводимых обработок при модификации состава окисного слоя в средах различной кислотности на толщину (d) и показатель преломления (n) остаточного окисного слоя на поверхности InSb подложки.In FIG. Table 1 is presented in Table 1, illustrating the effect of the treatments performed upon modifying the composition of the oxide layer in media of different acidity on the thickness (d) and the refractive index (n) of the residual oxide layer on the surface of the InSb substrate.
На Фиг. 2 представлена Таблица 2, иллюстрирующая изменение состояния гладкости поверхности (шероховатости Rms) InSb в ходе подготовки поверхности и далее, в процессе МЛЭ роста гетероструктуры.In FIG. Table 2 is presented in Figure 2, illustrating the change in the surface smoothness state (Rms roughness) of InSb during surface preparation and further, in the MBE process of heterostructure growth.
Предлагаемый способ подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией включает два этапа. На первом этапе проводят предварительную обработку поверхности подложки InSb с модификацией состава окисного слоя, обеспечивающей в дальнейшем, на следующем, втором, этапе, полное удаление окислов. На втором этапе осуществляют обычную предростовую операцию - окисный слой окончательно удаляют в вакууме камеры установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы.The proposed method of preparing the surface of an InSb substrate for growing a heterostructure by molecular beam epitaxy involves two steps. At the first stage, the surface of the InSb substrate is pretreated with a modification of the composition of the oxide layer, which ensures the complete removal of oxides in the next, second, stage. At the second stage, the usual pregrowth operation is carried out - the oxide layer is finally removed in a vacuum in the chamber of the molecular beam epitaxy unit using heat treatment and the flow of antimony to the surface of the substrate.
При осуществлении модификации состава окисного слоя, обеспечивающей в дальнейшем полное удаление окислов, осуществляют формирование окисного слоя определенного состава без изменения морфологии его поверхности и загрязнения, которое проводят при обработке поверхности InSb подложки в жидких химических средах, которые взаимодействуют с материалом окисного слоя и проявляют инертность в отношении материала подложки.When implementing the modification of the composition of the oxide layer, which further ensures complete removal of oxides, the formation of an oxide layer of a certain composition is carried out without changing the surface morphology and contamination, which is carried out when treating the surface of the InSb substrate in liquid chemical media that interact with the material of the oxide layer and are inert in regarding the substrate material.
Такой подход прост в реализации. Подложку погружают в жидкую среду на определенное время, затем извлекают, промывают в ультрачистой деионизованной воде и сушат в потоке инертного газа - очищенного аргона.This approach is easy to implement. The substrate is immersed in a liquid medium for a certain time, then removed, washed in ultrapure deionized water and dried in a stream of inert gas - purified argon.
Данный подход при всей его простоте позволяет, во-первых, осуществлять химическую модификацию окисного слоя на поверхности epi-ready подложек с сохранением атомарно-гладкой и атомарно-чистой поверхности после вакуумного отжига для последующего выращивания слоев методом МЛЭ, во-вторых, использовать особо чистые химические вещества и ультрачистую воду для промывания, что исключает неконтролируемое загрязнение поверхности, в-третьих, оперировать с легколетучими реагентами, которые легко десорбировать с поверхности посредством термообработки в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии перед тем, как приступить к формированию гетероструктуры, что исключает загрязнение поверхности компонентами жидкой среды, в которой производилась обработка.This approach, with all its simplicity, allows, first, chemical modification of the oxide layer on the surface of epi-ready substrates with the preservation of an atomically smooth and atomically clean surface after vacuum annealing for subsequent layer growth by MBE, and secondly, the use of highly pure chemicals and ultrapure water for washing, which eliminates uncontrolled contamination of the surface, thirdly, to operate with volatile reagents that are easy to desorb from the surface by heat treatment ki in a vacuum chamber of a molecular beam epitaxy before to start formation of the heterostructure, which excludes contamination of the surface components of the liquid medium in which the treatment was performed.
При разработке предлагаемого способа подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией использована особенность химических свойств антимонида индия и окислов, образующих его элементов, заключающаяся в том, что антимонид индия инертен к воздействию кислот и щелочей, а окислы, образующих его элементов, - окисные соединения индия и сурьмы подвержены воздействию кислот и щелочей - растворяются в них. При этом окисел индия обладает способностью растворяться в кислотной среде с рН менее двух, а окислы сурьмы - в щелочной среде с рН более двух. Причем скорость растворения окислов зависит от кислотности среды.In developing the proposed method for preparing the InSb surface of a substrate for growing a heterostructure by molecular beam epitaxy, we used a feature of the chemical properties of indium antimonide and the oxides that form its elements, namely, that indium antimonide is inert to acids and alkalis, and the oxides that form its elements are oxide compounds of indium and antimony are exposed to acids and alkalis - they dissolve in them. In this case, indium oxide has the ability to dissolve in an acidic medium with a pH of less than two, and antimony oxides - in an alkaline medium with a pH of more than two. Moreover, the rate of dissolution of oxides depends on the acidity of the medium.
Обрабатывая поверхность InSb подложки в кислотной среде с рН менее двух, решают задачу удаления труднолетучего окисла индия, который плохо удаляется в ростовой камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки при подготовке поверхности к росту гетероструктуры, являющейся известной процедурой. После обработки поверхности InSb подложки в кислотной среде с рН менее двух, поверхность подложки обогащается более легколетучими окислами сурьмы, которые легко удалить в ростовой камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием известной термообработки при подготовке поверхности к росту.By treating the surface of the InSb substrate in an acidic medium with a pH of less than two, they solve the problem of removing hardly volatile indium oxide, which is poorly removed in the growth chamber of the molecular beam epitaxy unit using heat treatment in preparing the surface for heterostructure growth, which is a known procedure. After treating the surface of the InSb substrate in an acidic medium with a pH of less than two, the surface of the substrate is enriched with more volatile antimony oxides, which are easily removed in the growth chamber of the molecular beam epitaxy unit using known heat treatment to prepare the surface for growth.
В результате реализации указанной подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией обеспечивается соблюдение вакуумной гигиены при выращивании высококачественных слоев структур, предотвращается возможность загрязнения поверхности epi-ready подложек InSb, а также достигается снижение шероховатости поверхности epi-ready подложек InSb, возникающей при подготовке поверхности, обеспечивается требуемая гладкость.As a result of the indicated preparation of the InSb surface of the substrate for growing a heterostructure by molecular beam epitaxy, vacuum hygiene is maintained during the growth of high-quality layers of structures, the possibility of contamination of the surface of epi-ready InSb substrates is prevented, and the surface roughness of the epi-ready InSb substrates resulting from the preparation is reduced surfaces, the required smoothness is provided.
Для характеризации окисного слоя в отношении его толщины и показателя преломления (см. Фиг. 1) использован метод эллипсометрии с эллипсометром ЛЭФ-3М с длиной волны 632,8 нм при угле падения в 55 градусов и сканирующий эллипсометр Microscan с гелий-неоновым лазером с длиной волны 632,8 нм и углом падения излучения 60 градусов. Расчет толщины окисного слоя проведен по модели однородной изотропной пленки на подложке с комплексным показателем преломления n=3,898-0,683j. Оценка шероховатости (см. Фиг. 2), иллюстрирующая изменение состояния гладкости поверхности InSb в ходе подготовки поверхности и далее, в процессе МЛЭ роста гетероструктуры, получена методом атомно-силовой микроскопии на микроскопе SolverP-47Н. Качество поверхности при проведении, прежде всего, термообработки в камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии и последующего роста МЛЭ слоев InSb контролировали методом дифракции быстрых электронов на отражение (ДБЭО) с энергией пучка 12 кэВ.To characterize the oxide layer with respect to its thickness and refractive index (see Fig. 1), an ellipsometry method with an LEF-3M ellipsometer with a wavelength of 632.8 nm at an incidence angle of 55 degrees and a Microscan scanning ellipsometer with a helium-neon laser with a length of waves of 632.8 nm and an angle of incidence of radiation of 60 degrees. The thickness of the oxide layer was calculated using the model of a homogeneous isotropic film on a substrate with a complex refractive index of n = 3.898-0.683j. The roughness assessment (see Fig. 2), illustrating the change in the state of smoothness of the InSb surface during surface preparation and further, during MBE growth of the heterostructure, was obtained by atomic force microscopy using a SolverP-47N microscope. The surface quality during the first heat treatment in the chamber of the molecular beam epitaxy unit and the subsequent growth of the MBE of InSb layers was controlled by the method of fast electron diffraction by reflection (RHEED) with a beam energy of 12 keV.
В процессе предварительной обработки поверхности подложки, до модификации состава окисного слоя, ее подвергают очистке от загрязнений. Обезжиривают в растворе моноэталомина (МЭА) с перекисью водорода в соотношении 1:10 с последующим промыванием водой в течение от 2 до 5 минут, включая указанные значения, и сушкой в потоке инертного газа - аргона. Процедуру проводят при комнатной температуре - 293÷295 К. Этим подготавливают поверхность подложки к последующим действиям над ней, что является обычной операцией. После очистки подложка покрыта аморфной окисной пленкой из естественных окислов - окисла индия и окислов сурьмы. Из Таблицы 1 (см. Фиг. 1) видно, что толщина окисного слоя на поверхности подложки InSb после обезжиривания может лежать в интервале от 2,0 до 3,1 нм, а показатель преломления - в диапазоне от 2,32 до 2,97.In the process of pre-processing the surface of the substrate, before modifying the composition of the oxide layer, it is subjected to purification from contamination. Degrease in a solution of monoethalomine (MEA) with hydrogen peroxide in a ratio of 1:10, followed by washing with water for 2 to 5 minutes, including the indicated values, and drying in a stream of inert gas - argon. The procedure is carried out at room temperature - 293 ÷ 295 K. This prepares the surface of the substrate for subsequent action on it, which is a normal operation. After cleaning, the substrate is coated with an amorphous oxide film of natural oxides - indium oxide and antimony oxides. From Table 1 (see Fig. 1) it is seen that the thickness of the oxide layer on the surface of the InSb substrate after degreasing can lie in the range from 2.0 to 3.1 nm, and the refractive index in the range from 2.32 to 2.97 .
Влияние последующих обработок в жидких средах различной кислотности - аммично-перекисный раствор с рН=11,5 (NH4OH:H2O2=1:1), водный раствор фтористоводородной кислоты с рН=0,5 (HF:H2O=1:10), водный раствор хлористоводородной кислоты с рН=0,5 (НСl:Н2О=1:10) - в отношении толщины и показателя преломления окисного слоя отражено в Таблице 1 (см. Фиг. 1). Отмечается незначительное изменение толщины и показателя преломления остаточного окисного слоя (см. Фиг. 1). Такой характер изменения толщины и показателя преломления находится в согласии с данными Таблицы 2 (см. Фиг. 2). Из Таблицы 2 видно, что обработка поверхности InSb во всех используемых указанных жидких средах практически не ухудшает шероховатость поверхности и обеспечивает формирование гладкой поверхности после термического удаления остаточного окисла и на начальных стадиях роста эпитаксиальных слоев гетероструктуры.The effect of subsequent treatments in liquid media of different acidity is an ammonium peroxide solution with pH = 11.5 (NH 4 OH: H 2 O 2 = 1: 1), an aqueous solution of hydrofluoric acid with pH = 0.5 (HF: H 2 O = 1: 10), an aqueous solution of hydrochloric acid with pH = 0.5 (Hcl: H 2 O = 1: 10) - in relation to the thickness and refractive index of the oxide layer is shown in Table 1 (see Fig. 1). A slight change in the thickness and refractive index of the residual oxide layer is noted (see Fig. 1). This nature of the change in thickness and refractive index is in agreement with the data in Table 2 (see Fig. 2). Table 2 shows that the surface treatment of InSb in all of the indicated liquid media practically does not worsen the surface roughness and ensures the formation of a smooth surface after thermal removal of residual oxide and in the initial stages of growth of the epitaxial layers of the heterostructure.
После осуществления предварительной обработки поверхности подложки InSb с модификацией состава окисного слоя с обогащением его легколетучими окислами сурьмы подложку промывают водой в течение от 2 до 5 минут, включая указанные значения, сушат в потоке инертного газа - аргона и размещают на молибденовом держателе диаметром 100 мм для удаления остаточного окисного слоя в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы. Температуру нагрева подложки контролируют термопарой вольфрам-рений BP 5/20, располагающейся на небольшом расстоянии от подложки, без непосредственного механического контакта. В камере предварительного отжига, в которой размещена подложка, устанавливают вакуум от 10-9 до 10-8 Торр, включая указанные значения. Затем подложку обезгаживают в течение около 2 часов при температуре подложки около 275°С. После этого подложку перемещают в ростовую камеру, в которой устанавливают вакуум около 10-10 Торр, нагревают до температуры около 350°С в течение промежутка времени от 40 до 60 минут, включая указанные значения. При достижении указанной температуры осуществляют удаление окисного слоя, нагревая подложку со скоростью 5°С/мин до температуры около 440°С и подавая при этом к поверхности подложки поток сурьмы с эквивалентным давлением около 10-5 Торр. Удаляют окисный слой, контролируя его удаление посредством дифракции быстрых электронов на отражение с энергией пучка около 12 кэВ.After preliminary processing of the surface of the InSb substrate with modification of the composition of the oxide layer with its enrichment with volatile antimony oxides, the substrate is washed with water for 2 to 5 minutes, including the indicated values, dried in a stream of inert gas - argon and placed on a molybdenum holder with a diameter of 100 mm to remove the residual oxide layer in the vacuum chamber of the molecular beam epitaxy unit using heat treatment and feeding antimony to the surface of the substrate. The heating temperature of the substrate is controlled by a BP 5/20 tungsten-rhenium thermocouple located at a small distance from the substrate, without direct mechanical contact. In the preliminary annealing chamber in which the substrate is placed, a vacuum of 10-9 to 10-8 Torr, including the indicated values. Then the substrate is degassed for about 2 hours at a temperature of the substrate of about 275 ° C. After that, the substrate is transferred to a growth chamber, in which a vacuum of about 10-10 Torr, heated to a temperature of about 350 ° C for a period of time from 40 to 60 minutes, including the indicated values. When this temperature is reached, the oxide layer is removed by heating the substrate at a speed of 5 ° C / min to a temperature of about 440 ° C and feeding an antimony stream to the surface of the substrate with an equivalent pressure of about 10-5 Torr The oxide layer is removed, controlling its removal by diffraction of fast electrons by reflection with a beam energy of about 12 keV.
Окислы с поверхности InSb удаляются при температуре, близкой к температуре плавления InSb, составляющей 527°С. В результате относительно небольшого перегрева подложка может быть расплавлена. Кроме этого температура удаления окисла с поверхности InSb практически совпадает с температурой неравновесного испарения InSb, составляющей 482°С, что, за счет испарения сурьмы, может привести к образованию капель индия на поверхности в процессе высокотемпературной обработки. Для предотвращения этого после появления первых признаков удаления окисла с поверхности высокотемпературную обработку подложки InSb осуществляют в потоке сурьмы.Oxides from the InSb surface are removed at a temperature close to the InSb melting point of 527 ° C. As a result of relatively slight overheating, the substrate can be melted. In addition, the temperature of removal of oxide from the InSb surface practically coincides with the temperature of non-equilibrium evaporation of InSb, which is 482 ° С, which, due to the evaporation of antimony, can lead to the formation of indium droplets on the surface during high-temperature processing. To prevent this, after the first signs of removal of oxide from the surface, the high-temperature treatment of the InSb substrate is carried out in an antimony stream.
В начале нагрева подложки данные ДБЭО представляют собой диффузные кольца с интенсивной фоновой засветкой. Рефлексы, соответствующие структуре кристалла, едва заметны. При постепенном нагреве подложки InSb данные ДБЭО практически не меняются вплоть до температуры начала удаления окисла - примерно 350°С. Вблизи этой температуры фон начинает уменьшаться, а объемные рефлексы становятся более четко выраженными. Дальнейший нагрев подложки проводят в потоке сурьмы для предотвращения неравновесного испарения. В результате такого отжига величина фона значительно уменьшается, рефлексы становятся яркими. При этом наблюдается слабая ассиметричная сверхструктура (1×3).At the beginning of substrate heating, the RHEED data are diffuse rings with intense background illumination. Reflections corresponding to the crystal structure are hardly noticeable. Upon gradual heating of the InSb substrate, the RHEED data practically do not change up to the temperature of the beginning of oxide removal, approximately 350 ° С. Near this temperature, the background begins to decrease, and volume reflexes become more pronounced. Further heating of the substrate is carried out in a stream of antimony to prevent nonequilibrium evaporation. As a result of such annealing, the background value decreases significantly, reflexes become bright. In this case, a weak asymmetric superstructure (1 × 3) is observed.
Данные ДБЭО от поверхности подложки использовались для оценки толщины остаточного окисла. При наличии тонких окислов (менее 2 нм) наблюдаются все особенности картины дифракции, присущей атомарно-гладкой поверхности: тяжи основных рефлексов, зеркальный пучок и Кикучи-линии. Отличием же является увеличенная интенсивность диффузного фона и отсутствие сверхструктуры поверхности. При наличии окислов большой толщины наблюдается увеличение интенсивности диффузного фона.The RHEED data from the substrate surface were used to estimate the thickness of the residual oxide. In the presence of thin oxides (less than 2 nm), all the features of the diffraction pattern inherent in an atomically smooth surface are observed: strands of the main reflexes, a mirror beam, and Kikuchi lines. The difference is the increased intensity of the diffuse background and the absence of a surface superstructure. In the presence of oxides of large thickness, an increase in the intensity of the diffuse background is observed.
В качестве сведений, показывающих возможность реализации способа с достижением указанного результата, приводим нижеследующие примеры его осуществления.As information showing the possibility of implementing the method with the achievement of the specified result, we give the following examples of its implementation.
Пример 1.Example 1
При осуществлении способа подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией в качестве подложки используют подложку InSb с ориентацией 100, толщиной 500 мкм и диаметром 50,8 мм.When implementing the method of preparing the surface of an InSb substrate for growing a heterostructure by molecular beam epitaxy, an InSb substrate with an orientation of 100, a thickness of 500 μm and a diameter of 50.8 mm is used as the substrate.
Сначала проводят предварительную обработку поверхности подложки InSb с модификацией состава окисного слоя, обеспечивающей в дальнейшем полное удаление окислов.First, the surface of the InSb substrate is pretreated with a modification of the composition of the oxide layer, which ensures further complete removal of oxides.
В ходе предварительной обработки поверхности подложки последнюю до модификации состава окисного слоя подвергают очистке от загрязнений - обезжиривают в растворе моноэталомина с перекисью водорода в соотношении 1:10 с последующим промыванием водой в течение 2 минут и сушкой в потоке инертного газа - аргона ОСЧ. В результате получают очищенную поверхность подложки, покрытую аморфной окисной пленкой из естественных окислов - окисла индия и окислов сурьмы.In the course of preliminary processing of the substrate surface, the latter, before modification of the composition of the oxide layer, is cleaned of contaminants - degreased in a solution of monoethalomine with hydrogen peroxide in a ratio of 1:10, followed by washing with water for 2 minutes and drying in a stream of inert gas - argon OHS. The result is a cleaned surface of the substrate coated with an amorphous oxide film of natural oxides - indium oxide and antimony oxides.
Затем приступают к модификации состава окисного слоя, что осуществляют, подвергая подложку действию жидкой среды с рН менее двух. За счет этого растворяют в большей степени окисел индия и обогащают поверхность легколетучими окислами сурьмы без растворения подложки. Используют среду с рН менее двух для растворения окисла индия, а именно водный раствор фтористоводородной кислоты с рН, равным около 0,5. Обработку осуществляют при комнатной температуре - 293÷295 К в течение примерно 2 минут.Then proceed to modify the composition of the oxide layer, which is carried out by exposing the substrate to a liquid medium with a pH of less than two. Due to this, indium oxide is dissolved to a greater extent and the surface is enriched with volatile antimony oxides without dissolving the substrate. An environment with a pH of less than two is used to dissolve indium oxide, namely an aqueous solution of hydrofluoric acid with a pH of about 0.5. Processing is carried out at room temperature - 293 ÷ 295 K for about 2 minutes.
После окончания модификации состава окисного слоя с обогащением его легколетучими окислами сурьмы подложку промывают водой в течение 5 минут и сушат в потоке инертного газа - аргона ОСЧ.After completion of the modification of the composition of the oxide layer with enrichment of it with volatile oxides of antimony, the substrate is washed with water for 5 minutes and dried in a stream of inert gas - argon OHS.
После осуществления всех операций по модификации окисного слоя остаточный окисный слой удаляют в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы.After all the operations on the modification of the oxide layer are carried out, the residual oxide layer is removed in the vacuum chamber of the molecular beam epitaxy unit using heat treatment of the substrate and the flow of antimony to the surface of the substrate.
Для удаления остаточного окисного слоя, содержащего преимущественно легколетучие окислы сурьмы, подложку помещают в камеру предварительного отжига, в которой устанавливают вакуум 10-9 Торр. Проводят обезгаживание подложки в течение около 2 часов при температуре подложки около 275°C. Затем подложку перемещают в ростовую камеру, в которой устанавливают вакуум около 10-10 Торр. Подложку нагревают до температуры около 350°С в течение 40 минут. При достижении указанной температуры осуществляют удаление окисного слоя, нагревая подложку со скоростью 5°С/мин до температуры около 440°С и подавая при этом к поверхности подложки поток сурьмы с эквивалентным давлением около 10-5 Торр. Удаляют окисный слой, контролируя его удаление посредством дифракции быстрых электронов на отражение с энергией пучка около 12 кэВ.To remove the residual oxide layer containing predominantly volatile oxides of antimony, the substrate is placed in a preliminary annealing chamber in which a vacuum of 10 -9 Torr is installed. The substrate is degassed for about 2 hours at a substrate temperature of about 275 ° C. Then the substrate is transferred to a growth chamber, in which a vacuum of about 10 -10 Torr is installed. The substrate is heated to a temperature of about 350 ° C. for 40 minutes. When this temperature is reached, the oxide layer is removed by heating the substrate at a rate of 5 ° C / min to a temperature of about 440 ° C and supplying an antimony stream with an equivalent pressure of about 10 -5 Torr to the surface of the substrate. The oxide layer is removed, controlling its removal by diffraction of fast electrons by reflection with a beam energy of about 12 keV.
Пример 2.Example 2
При осуществлении способа подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией в качестве подложки используют подложку InSb с ориентацией 100, толщиной 500 мкм и диаметром 50,8 мм.When implementing the method of preparing the surface of an InSb substrate for growing a heterostructure by molecular beam epitaxy, an InSb substrate with an orientation of 100, a thickness of 500 μm and a diameter of 50.8 mm is used as the substrate.
Сначала проводят предварительную обработку поверхности подложки InSb с модификацией состава окисного слоя, обеспечивающей в дальнейшем полное удаление окислов.First, the surface of the InSb substrate is pretreated with a modification of the composition of the oxide layer, which ensures further complete removal of oxides.
В ходе предварительной обработки поверхности подложки последнюю до модификации состава окисного слоя подвергают очистке от загрязнений - обезжиривают в растворе моноэталомина с перекисью водорода в соотношении 1:10 с последующим промыванием водой в течение 4 минут и сушкой в потоке инертного газа - аргона ОСЧ. В результате получают очищенную поверхность подложки, покрытую аморфной окисной пленкой из естественных окислов - окисла индия и окислов сурьмы.In the course of preliminary processing of the substrate surface, the latter, before modifying the composition of the oxide layer, is cleaned of contaminants - degreased in a solution of monoethalomine with hydrogen peroxide in a ratio of 1:10, followed by washing with water for 4 minutes and drying in an inert gas stream - argon OHS. The result is a cleaned surface of the substrate coated with an amorphous oxide film of natural oxides - indium oxide and antimony oxides.
Затем приступают к модификации состава окисного слоя, что осуществляют, подвергая подложку действию жидкой среды с рН менее двух. За счет этого растворяют в большей степени окисел индия и обогащают поверхность легколетучими окислами сурьмы без растворения подложки. Используют среду с рН менее двух для растворения окисла индия, а именно водный раствор хлористоводородной кислоты с рН, равным около 0,5. Обработку осуществляют при комнатной температуре - 293÷295 К в течение примерно 2 минут.Then proceed to modify the composition of the oxide layer, which is carried out by exposing the substrate to a liquid medium with a pH of less than two. Due to this, indium oxide is dissolved to a greater extent and the surface is enriched with volatile antimony oxides without dissolving the substrate. An environment with a pH of less than two is used to dissolve indium oxide, namely an aqueous solution of hydrochloric acid with a pH of about 0.5. Processing is carried out at room temperature - 293 ÷ 295 K for about 2 minutes.
После окончания модификации состава окисного слоя с обогащением его легколетучими окислами сурьмы подложку промывают водой в течение 3 минут и сушат в потоке инертного газа - аргона ОСЧ.After completion of the modification of the composition of the oxide layer with enrichment of it with volatile oxides of antimony, the substrate is washed with water for 3 minutes and dried in a stream of inert gas - argon OHS.
После осуществления всех операций по модификации окисного слоя остаточный окисный слой удаляют в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы.After all the operations on the modification of the oxide layer are carried out, the residual oxide layer is removed in the vacuum chamber of the molecular beam epitaxy unit using heat treatment of the substrate and the flow of antimony to the surface of the substrate.
Для удаления остаточного окисного слоя, содержащего преимущественно легколетучие окислы сурьмы, подложку помещают в камеру предварительного отжига, в которой устанавливают вакуум 10-8 Торр. Проводят обезгаживание подложки в течение около 2 часов при температуре подложки около 275°C. Затем подложку перемещают в ростовую камеру, в которой устанавливают вакуум около 10-10 Торр. Подложку нагревают до температуры около 350°С в течение 48 минут. При достижении указанной температуры осуществляют удаление окисного слоя, нагревая подложку со скоростью 5°С/мин до температуры около 440°С и подавая при этом к поверхности подложки поток сурьмы с эквивалентным давлением около 10-5 Торр. Удаляют окисный слой, контролируя его удаление посредством дифракции быстрых электронов на отражение с энергией пучка около 12 кэВ.To remove the residual oxide layer containing predominantly volatile oxides of antimony, the substrate is placed in a preliminary annealing chamber in which a vacuum of 10 -8 Torr is installed. The substrate is degassed for about 2 hours at a substrate temperature of about 275 ° C. Then the substrate is transferred to a growth chamber, in which a vacuum of about 10 -10 Torr is installed. The substrate is heated to a temperature of about 350 ° C. for 48 minutes. When this temperature is reached, the oxide layer is removed by heating the substrate at a rate of 5 ° C / min to a temperature of about 440 ° C and supplying an antimony stream with an equivalent pressure of about 10 -5 Torr to the surface of the substrate. The oxide layer is removed, controlling its removal by diffraction of fast electrons by reflection with a beam energy of about 12 keV.
Пример 3.Example 3
При осуществлении способа подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией в качестве подложки используют подложку InSb с ориентацией 100, толщиной 500 мкм и диаметром 50,8 мм.When implementing the method of preparing the surface of an InSb substrate for growing a heterostructure by molecular beam epitaxy, an InSb substrate with an orientation of 100, a thickness of 500 μm and a diameter of 50.8 mm is used as the substrate.
Сначала проводят предварительную обработку поверхности подложки InSb с модификацией состава окисного слоя, обеспечивающей в дальнейшем полное удаление окислов.First, the surface of the InSb substrate is pretreated with a modification of the composition of the oxide layer, which ensures further complete removal of oxides.
В ходе предварительной обработки поверхности подложки последнюю до модификации состава окисного слоя подвергают очистке от загрязнений - обезжиривают в растворе моноэталомина с перекисью водорода в соотношении 1:10 с последующим промыванием водой в течение 4 минут и сушкой в потоке инертного газа - аргона ОСЧ. В результате получают очищенную поверхность подложки, покрытую аморфной окисной пленкой из естественных окислов - окисла индия и окислов сурьмы.In the course of preliminary processing of the substrate surface, the latter, before modifying the composition of the oxide layer, is cleaned of contaminants - degreased in a solution of monoethalomine with hydrogen peroxide in a ratio of 1:10, followed by washing with water for 4 minutes and drying in an inert gas stream - argon OHS. The result is a cleaned surface of the substrate coated with an amorphous oxide film of natural oxides - indium oxide and antimony oxides.
Затем приступают к модификации состава окисного слоя, что осуществляют, подвергая подложку действию жидкой среды с рН менее двух. За счет этого растворяют в большей степени окисел индия и обогащают поверхность легколетучими окислами сурьмы без растворения подложки. Используют среду с рН менее двух для растворения окисла индия, а именноводный раствор фтористоводородной кислоты с рН, равным около 0,48. Обработку осуществляют при комнатной температуре - 293÷295 К, в течение примерно 5 минут.Then proceed to modify the composition of the oxide layer, which is carried out by exposing the substrate to a liquid medium with a pH of less than two. Due to this, indium oxide is dissolved to a greater extent and the surface is enriched with volatile antimony oxides without dissolving the substrate. A medium with a pH of less than two is used to dissolve indium oxide, and a hydrofluoric acid solution with a pH of about 0.48 is used. Processing is carried out at room temperature - 293 ÷ 295 K, for about 5 minutes.
После окончания модификации состава окисного слоя с обогащением его легколетучими окислами сурьмы подложку промывают водой в течение 4 минут и сушат в потоке инертного газа - аргона ОСЧ.After completion of the modification of the composition of the oxide layer with enrichment of it with volatile oxides of antimony, the substrate is washed with water for 4 minutes and dried in a stream of inert gas - argon OHS.
После осуществления всех операций по модификации окисного слоя остаточный окисный слой удаляют в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы.After all the operations on the modification of the oxide layer are carried out, the residual oxide layer is removed in the vacuum chamber of the molecular beam epitaxy unit using heat treatment of the substrate and the flow of antimony to the surface of the substrate.
Для удаления остаточного окисного слоя, содержащего преимущественно легколетучие окислы сурьмы, подложку помещают в камеру предварительного отжига, в которой устанавливают вакуум 5×10-9 Торр. Проводят обезгаживание подложки в течение около 2 часов при температуре подложки около 275°C. Затем подложку перемещают в ростовую камеру, в которой устанавливают вакуум около 10-10 Торр. Подложку нагревают до температуры около 350°C в течение 60 минут. При достижении указанной температуры осуществляют удаление окисного слоя, нагревая подложку со скоростью 5°С/мин до температуры около 440°С и подавая при этом к поверхности подложки поток сурьмы с эквивалентным давлением около 10-5 Торр. Удаляют окисный слой, контролируя его удаление посредством дифракции быстрых электронов на отражение с энергией пучка около 12 кэВ.To remove the residual oxide layer containing predominantly volatile oxides of antimony, the substrate is placed in a preliminary annealing chamber in which a vacuum of 5 × 10 -9 Torr is installed. The substrate is degassed for about 2 hours at a substrate temperature of about 275 ° C. Then the substrate is transferred to a growth chamber, in which a vacuum of about 10 -10 Torr is installed. The substrate is heated to a temperature of about 350 ° C for 60 minutes. When this temperature is reached, the oxide layer is removed by heating the substrate at a rate of 5 ° C / min to a temperature of about 440 ° C and supplying an antimony stream with an equivalent pressure of about 10 -5 Torr to the surface of the substrate. The oxide layer is removed, controlling its removal by diffraction of fast electrons by reflection with a beam energy of about 12 keV.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015151820A RU2613487C1 (en) | 2015-12-02 | 2015-12-02 | METHOD FOR PREPARATION OF InSb SUBSTRATE SURFACE FOR HETEROSTRUCTURE GROWING USING MBE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015151820A RU2613487C1 (en) | 2015-12-02 | 2015-12-02 | METHOD FOR PREPARATION OF InSb SUBSTRATE SURFACE FOR HETEROSTRUCTURE GROWING USING MBE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2613487C1 true RU2613487C1 (en) | 2017-03-16 |
Family
ID=58458400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015151820A RU2613487C1 (en) | 2015-12-02 | 2015-12-02 | METHOD FOR PREPARATION OF InSb SUBSTRATE SURFACE FOR HETEROSTRUCTURE GROWING USING MBE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2613487C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2811379C1 (en) * | 2023-08-25 | 2024-01-11 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Method for manufacturing thinned multi-element photodetector based on indium antimonide with improved uniformity and increased mechanical strength |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4237471A (en) * | 1979-06-22 | 1980-12-02 | Hamamatsu Corporation | Method of producing a semiconductor photodiode of indium antimonide and device thereof |
| JPS62212293A (en) * | 1986-03-10 | 1987-09-18 | Nec Corp | Epitaxial growth with molecular rays |
| US5494711A (en) * | 1993-01-12 | 1996-02-27 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method of preparing InSb thin film |
| RU2063094C1 (en) * | 1990-08-14 | 1996-06-27 | Величко Александр Андреевич | Method for producing heteroepitaxial structures insb/gaas |
| RU2069028C1 (en) * | 1994-03-21 | 1996-11-10 | Валерий Игнатьевич Туринов | Method for producing hybrid photodiode array around indium antimonide |
| CN103236396A (en) * | 2013-04-16 | 2013-08-07 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | Method for treating surfaces of epitaxial InSb substrates |
-
2015
- 2015-12-02 RU RU2015151820A patent/RU2613487C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4237471A (en) * | 1979-06-22 | 1980-12-02 | Hamamatsu Corporation | Method of producing a semiconductor photodiode of indium antimonide and device thereof |
| JPS62212293A (en) * | 1986-03-10 | 1987-09-18 | Nec Corp | Epitaxial growth with molecular rays |
| RU2063094C1 (en) * | 1990-08-14 | 1996-06-27 | Величко Александр Андреевич | Method for producing heteroepitaxial structures insb/gaas |
| US5494711A (en) * | 1993-01-12 | 1996-02-27 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method of preparing InSb thin film |
| RU2069028C1 (en) * | 1994-03-21 | 1996-11-10 | Валерий Игнатьевич Туринов | Method for producing hybrid photodiode array around indium antimonide |
| CN103236396A (en) * | 2013-04-16 | 2013-08-07 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | Method for treating surfaces of epitaxial InSb substrates |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| W.K.LIU et al., Preparation of InSb subsyrates for molecular beam epitaxy, J. Vac. Sci. Technol., B 13(4), 1995, p.p.1539-1545. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2811379C1 (en) * | 2023-08-25 | 2024-01-11 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Method for manufacturing thinned multi-element photodetector based on indium antimonide with improved uniformity and increased mechanical strength |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4827587B2 (en) | Silicon wafer manufacturing method | |
| US5151135A (en) | Method for cleaning surfaces using UV lasers | |
| JP3218564B2 (en) | Method for removing porous region and method for manufacturing semiconductor substrate | |
| JP2007311490A (en) | Compound semiconductor substrate, method for inspecting the same, method for surface-treating compound semiconductor substrate, and manufacturing method for compound semiconductor crystal | |
| Sakaue et al. | Atomic-scale defect control on hydrogen-terminated silicon surface at wafer scale | |
| RU2323503C2 (en) | Method for treatment of single-crystalline silicon wafer surface | |
| KR101294643B1 (en) | Resist stripping solution containing particles and stripping method using the same | |
| RU2613487C1 (en) | METHOD FOR PREPARATION OF InSb SUBSTRATE SURFACE FOR HETEROSTRUCTURE GROWING USING MBE | |
| US9922954B2 (en) | Method for performing direct bonding between two structures | |
| JP2004356416A (en) | Manufacturing method of silicon epitaxial wafer | |
| RU2642879C1 (en) | METHOD OF PREPARING SURFACE OF InSb SUBSTRATE FOR HETEROSTRUCTURE CULTIVATION BY METHOD OF MOLECULAR-BEAM EPITAXY | |
| WO2008018237A1 (en) | GaxIn1-xN SUBSTRATE AND GaxIn1-xN SUBSTRATE CLEANING METHOD | |
| JP2003031548A (en) | Method for treating surface of substrate | |
| JP2595935B2 (en) | Surface cleaning method | |
| JPS6246994A (en) | Method and apparatus for growing thin film | |
| JP3439040B2 (en) | Compound semiconductor surface treatment method | |
| JPS60239028A (en) | Cleaning method of surface | |
| Lazarenko et al. | Preparation of a silicon surface for subsequent growth of dilute nitride alloys by molecular-beam epitaxy | |
| RU2622092C1 (en) | Application of vacuum deposit germanium from the german gas medium as a method of removing silicon dioxide from the working surface of the silicon cover and method of manufacturing a germanium monocrystalline film on the silicon support including the used application | |
| US20240293850A1 (en) | Method for removing layers of silicon carbide, as well as process and apparatus for cleaning epitaxial reactor components | |
| JPH02143420A (en) | Manufacture of hetero epitaxial film on silicon substrate | |
| JP2007123486A (en) | Surface treatment method of sapphire substrate | |
| JP5216677B2 (en) | Zinc oxide substrate surface treatment method and zinc oxide crystal production method | |
| JP5360799B2 (en) | Method for producing zinc oxide thin film | |
| JP5568758B2 (en) | Stripping method and device for aluminum oxide thin film |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181203 |