Эпитаксиальное наращивание арсенида индия из газовой фазы.

Газотранспортные процессы, в основе которых лежат обратимые химические реакции, широко применяются для получения эпитаксиальных структур полупроводниковых соединений А3В5. Основными достоинствами процесса получения эпитаксиальных слоев арсенида индия из газовой фазы в проточной системе являются:

простота конструктивного оформления процесса;

низкое пересыщение вещества над растущим кристаллом;

сравнительно невысокие температуры кристаллизации, возможность предотвращения загрязнения материалом контейнера;

возможность управления процессом роста изменением скорости потока и концентрации транспортирующего агента;

широкие возможности легирования слоев различными примесями;

возможность автоматизации процесса;

осуществление непрерывного процесса;

возможность получение многослойных структур и заданной морфологии.

Суммарные реакции, наиболее часто используемых для осаждения эпитаксиальных слоев арсенида индия и переноса компонентов, в общем виде мощно представить следующим образом:

4InГ3+As4+6H2«4InAs+12HГ;------(8)

3As+2InГ3+3/2H2«3AsГ+2In+3HГ,----------(9)

3AsГ+2In«2InAs+AsГ3;------(10)

In+As«InAs;------------(11)

2InAs+3Г2«InГ3+As2;------(12)

2InAs+H2O«In2O+As2+H2;------(13)

где Г - галоген. Арсенид индия в виде эпитаксиальных слоев получают методами транспортных реакций либо синтезом из элементов, либо пересублимацией соединения. Для переноса чаще всего используют галоиды (трихлориды элементов III и V групп, хлористый водород) и воду. Галоидные системы (хлоридные, йодидные) имеют преимущества перед системой H2O-H, поскольку хлор и йод являются нейтральными примесями для арсенида индия.

Система In-AsCl3-H2 .

Достоинствами системы можно считать:

малое число исходных компонентов в системе;

устранение предварительного получения InAs, используемого в качестве источника;

возможность глубокой очистки AsCl3 ректификацией;

получение хлористого водорода и мышьяка высокой степени чистоты восстановлением AsCl3 водородом.

Реактор имеет три зоны нагрева, причем печь сконструирована таким образом, что источник индия можно наблюдать во время процесса.

Водород барботирует через испаритель с хлористым мышьяком при температуре 20ОС, и смесь AsCl3+H2 поступает в печь.

В зоне 1 печи протекает реакция :

2AsCl3+3H2 ® 6HCl+1/2As4.------(14)

В зане 2 пары мышьяка взаимодействуют с индием. Смесь газов поступает в зону источника индия и проходят реакции:

2In+2HCl ® InCl+H2;------(15)

In+As4 ® 4InAs.------------(16)

Взаимодействие источника индия с газовой смесью происходит до насыщения индия мышьяком. Когда индий полностью насыщается мышьяком, на поверхности расплава образуется пленка арсенида индия, при этом избыточный мышьяк поступает в реактор и конденсируется на холодных стенках реактора вне печи. В течении периода насыщения индия мышьяком подложка находится вне реактора. Продолжительность насыщения определяется количеством индия, его температурой и скоростью поступления пара мышьяка к поверхности индия. При использовании не полностью насыщенного источника индия состав газовой фазы в зоне осаждения непостоянен.

При выращивании арсенида индия n-типа в системе In-AsCl3-H2 в газовый поток вводится смесь H2S+H2 . Концентрацией H2S определяется уровень легирования. Для получения пленок р-типа используется элементарный цинк и кадмий, вводимые в виде легирующей добавки из испарителя с отдельной зоной нагрева.

Система In-HCl-AsH3-H2.

Принципиальными технологическими преимуществами гидридов являются следующие:

летучие ковалентные гидриды можно получать из всех наиболее важных в полупроводниковой технике элементов;

свойства гидридов позволяют успешно применять очистку, основанную на трех фазовых переходах (жидкость- пар, твердое- пар, твердое- жидкость), а также эффективные методы газовой очистки (сорбции, ионного обмена);

содержание основного элемента в гидриде выше, чем в любом другом соединении;

гидриды имеют малую реакционную способность по отношению к конструкционным материалам.

Недостатками гидридов являются их высокая токсичность и взрывоопасность.

При выращивании эпитаксиальных слоев этой системы мышьяк при комнатной температуре находится в газообразном состоянии, что обеспечивает постоянство состава газовой фазы и гибкость процесса легирования.

xIn+HCl xInCl+(1-x)HCl+x/2H2,------(17)

где х - мольная доля HСl участвующая в реакции (сильно зависит от температуры). Следует отметить, что реакция протекает не до конца, т.е. химическое равновесие не наступает. Наиболее вероятной причиной наблюдаемого отклонения от химического равновесия является геометрия установки и значительные скорости потока газа. Гидриды элементов V группы, в том числе и AsH3, термически неустойчивы при температурах, обычно используемых при выращивании эпитаксиальных слоев. Основные реакции осаждения следующие:

Перейти на страницу:
1 2

Благоприобретённые призраки
Благоприобретённые призраки ...

Многофункциональность кожного покрова амфибий
Из учебной литературы известно, что кожа у земноводных голая, богата железами, которые выделяют много слизи. Эта слизь на суше защищает от высыхания, облегчает газообмен, а в воде уменьшает ...

Кинетическая модель механизма компенсированного распада углеводородов на платине
Исследования химии углерода получили в последние годы мощный импульс в связи с открытиями в области материаловедения. А c точки зрения катализа до сих пор остаются актуальными проблемы пони ...