174175. lajstromszámú szabadalom • Eljárás vegyület vékonyrétegek előállítására
3 174175 4 elemi anyagok, mint például a szilícium vagy a germánium epitaxiális növesztéséhez képest viszonylag nehéz. Ez főként a vegyületek növesztésének bonyolultabb volta miatt van így, mivel a kétalkotós vegyületek esetében gőzfázisú epitaxiális növesztésnél mindkét vegyületösszetevőnek és a vegyületnek is gőz halmazállapotban és szilárd halmazállapotban is léteznie kell. Jó sztöhiometria eléréséhez pontosan kell szabályozni a vegyüiet elemeinek parciális nyomását vagy lecsapódási sebességét, valamint az alaplemez hőmérsékletét. Sok alkalmazási területen szükség van félvezető anyagra vékonyréteg alakban olyan alaplemezen, amely nem egy-kristály, azonban nagy felületté kiterjeszthető és olcsón előállítható. A II—VI és a HI—V csoportba tartozó elemek vegyületeinek nagyon fontos alkalmazási területei például a napelemek, különféle optoelektronikai eszközök, képalkotó eszközök, kijelző eszközök stb. Az ilyen eszközök kiterjedt felhasználását azonban a korábban ismert leválasztási módszerekkel nyert félvezető anyagok rossz minősége korlátozta. Valamennyi ismert '.. választási eljárásnak, melyet nem egy-kristályon való rétegleválasztásra alkalmaztak, elkerülhetetlen velejárója volt a rétegnövekedés kezdetén a magk ződés. A réteg nem folytonos mindaddig, amíg az egyes mik olcrisrályok (növekvő magok) egymást el nem énK. Ez italában akkor történik meg, amikor a léteg közepes vastagsága 100 Â mgyságrermíí. A .'dalaleül6 vékonyrétegnek polikristályos (vagy bizonyos körülmények közön amorf) szerkezete lesz. A réteg elektromos jellemzőit erősen befolyásolja az anyag polikristályos szerkezete. Nemcsak a réteg elektromos tulajdonságait rontja le az anyag rossz minőségű szerkezete, hanem a kémiai stabiütást is, ami pedig a réteg műszaki felhasználásának egyik szükséges feltétele. A vegyületrétegeknek mind az elektromos, mind pedig a kémiai jellemzőit erősen befolyásolja a sztöhiometriától való eltérés, amit viszont nehéz kiküszöbölni a leválasztási folyamatban. A vegyületrétegnek a találmány szerinti eljárással való előállítását főként az jellemzi, hogy a növesztendő szilárd halmazállapotú felületet lépésről lépésre alakítjuk Id a gőzök reakciójával, úgy, hogy egyszerre a kialakítandó vegyületnek csak egy elemi alkotó részét tartalmazó gőzt választunk le, miáltal a felületi reakció eredményeként a kérdéses elemnek legfeljebb egy atomrétege kötődik a felülethez az egyes reakciólépések során. A találmány szerinti eljárás előnyösen olyan berendezés segítségével foganatosítható, melynek vákuumkamrája van, ahol az alaplemezt tartó szerelvény és a gőzforrások helyezkednek el, és olyan eszközöket is tartalmaz, amelyek segítségével az alaplemez egymás után a különböző gőzforrások hatásának tehető ki. A találmány szerinti eljárással megvalósítjuk, hogy magképződés nélküli vegyületréteget hozunk létre még akkor is, ha amorf alaplemezt alkalmazunk. Ez a többi leválasztási módszertől lényegesen különbözik azáltal, hogy a réteg növekedése lépésről lépésre történik, atomi síkonként, felületi reakció eredményeként, amelynek során az egyik vegyületösszetevő anyag gáz halmazállapotban van és a másik vegyületösszetevő anyag a növekedő réteg felületi atomja. A folyamatot önkiegyenlitővé lehet tenni abban az esetben, ha a növekedő réteg felületet elég magas hőmérsékleten tartjuk és így az egyes reakciólépések során az elem lecsapódását megakadályozzuk. Egy AB kétalkotós réteg esetében, ahol A az I., IL, III., vagy IV. oszlopból való elem, B pedig a VII., VI. vagy V. oszlopból való elem, a reakció ciklikusan ismétlődik, vagyis az A gáz reakcióba lép a B felülettel és létrehoz egy B-A vegyuletkötéssel rendelkező A felületet, azután a B gáz hat a felületre, amikor is a B gáz és az A felület között lezajló reakció eredményeként A-B vegyületkötéssel rendelkező B felület jön létre, erre ismét az A gáz hat stb. Ha üveg alaplemezt alkalmazunk, akkor a lépésenként'. folyamat kiváltásának az a feltétele, hogy a vegyüiet egyik összetevőjének elég szilárd kötése legyen az üveg felületét kialakító oxigén atomokhoz. Ez a feltétel közvetlenül teljesül a legtöbb II-VI és III—V típusú vegyületnél és a gyakorlatban kielégíthető ez a feltétel valamennyi ALE módszerrel növeszthető vegyüiet esetében, ha közbülső atomréteget alkalmazunk. Ha az ALE módszert egy-kristályon való epitaxiális növesztéshez alkalmazzuk, az alaplemez, a vegyüiet kristályrácsiranyának és a komponensek atom síkjainak feltételeit váltogatva ki kell elégíteni. A következőkben a találmányt, az általa elérhető előnyöket és a berendezést a rajzok és példák kapcsán ismertetjük, azonban ezek a találmányt semmiképpen nem korlátozzák. Az 1. ábra a találmány szerinti eljárás foganatosítására alkalmas berendezés rajza metszetben, a 2. ábra az 1. ábrán szereplő II—II vonal menti metszet, a 3. ábra egy további, ugyancsak a találmány szerinti eljárás lefolytatására szolgáló berendezés metszeti rajza, a 4. ábra a 3. ábrán levő IV—IV vonal menti metszet rajza, az 5. ábra egy olyan berendezést szemléltet, amelynél a reakciókamrákat pontos vákuumtömítéssel lehet ellátni úgy, hogy az alaplemezt tartó szerelvényt axiális irányban mozgatni lehessen, a 6. ábra a találmány olyan megvalósítását szemlélteti, amelynél az alaplemez egy helyben marad, a 7. ábra pedig a 6. ábra szerinti megoldás egy további kiviteli alakja. A rajz szerint a rétegnövesztés az alaplemez mindkét oldalán végbemegy és a reakciókamrában egy külön szeleprendszer segítségével vákuumot lehet létesíteni a reakció egyes lépései között. A találmány szerinti eljárás során atomi rétegeket választunk le pl. az A és a B elemekből, ahol az A elem általában a periódusos rendszernek az I., IL, III. vagy IV. oszlopába, a B elem pedig a VIL, VI., vagy V. oszlopba tartozik. A találmány szerinti eljárással készített legtipikusabb rétegek az S 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
