Реферат: Арсенид индия. Свойства, применение. Особенности получения эпитаксиальных пленок

Московский Государственный

Технический Университет   им. Н. Э. Баумана

Калужский филиал

КАФЕДРАМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Курсоваяработа

покурсу:” Технология материалов электронной техники”

ТЕМА: ” Арсенид индия. Свойства,применение. Особенности получения эпитаксиальных пленок.”

                                                      Выполнил:Тимофеев А. Ю.

                                    Группа:ФТМ-71

                                                     Проверил: Кунакин Ю. И.

г. Калуга

1996 год

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">

Содержание

Введение.                                                                                               3

Электрофизические свойства объемного арсенида индия.      3

·<span Times New Roman"">    

Зонная структура арсенида индия.                                                 3

·<span Times New Roman"">    

Оптические свойства арсенида индия.                                          4

·<span Times New Roman"">    

Подвижность в арсениде индия.                                                               5

Методы глубокой очистки индия и мышьяка.                           6

·<span Times New Roman"">    

Методы глубокой очистки индия.                                                  6

·<span Times New Roman"">     

Методы получения мышьяка и его соединений высокой

    степени чистоты.                                                                              7

Эпитаксиальное наращивание арсенида индия

из газовой фазы.                                                                                                       7

·<span Times New Roman"">     

Система In-AsCl3-H2 .                                                                        8

·<span Times New Roman"">     

Система In-HCl-AsH3-H2.                                                                  9

·<span Times New Roman"">    

Система InAs-SiCl4-H2.                                                                      10

·<span Times New Roman"">    

Пиролиз МОС.                                                                                   11

Жидкофазнаяэпитаксия арсенида индия.                                  12

Молекулярнолучевая эпитаксия арсенида индия.                    13

Заключение.                                                                                         14

Списокиспользованной литературы.                                          16

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">

Введение.

Эпитаксиальный арсенид индия — перспективныйматериал электронной техники. Высокая подвижность электронов в арсениде индияпрямозонная структура позволяют использовать его для изготовлениявысокоэффективных электронных и оптоэлектронных приборов, в частностибыстродействующих транзисторов и интегральных схем, фотоприемных детекторов ИК- диапазона, инжекционных лазеров с длиной волны <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">»

3,5 мкм.

Однако широкое использование тонкопленочных структурарсенида индия сдерживается отсутствием полуизолирующих подложек в связи смалой шириной запрещенной зоны арсенида индия. Следует также отметитьнедостаточную механическую прочность материала. Указанные проблемы могут бытьпреодолены, по крайней мере частично, при гетероэпитаксиальном выращивании арсенида индия. В этом случае, какправило, эпитаксию проводят на подложках арсенида галлия с ориентациейповерхности (001).

Значительное рассогласование параметров решетокарсенида индия и арсенида галлия 7.4% приводит при получениигетероэпитаксиальных пленок  арсенидаиндия и арсенида галлия методами газотранспортной и жидкофазной эпитаксии кформированию переходного слоя значительной толщины и к большей плотностиморфологических и структурных дефектов. Это обусловлено ограничениями какфизического характера, присущим данным эпитаксиальным технологиям, так иограничениям, связанными с “ненаблюдаемостью” процесса роста.

Электрофизическиесвойства объемного арсенида индия.

Зонная структура арсенида индия.

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">

Зона проводимости.

Арсенид индия является прямозонным полупроводником,у которого зона проводимости сферически симметрична и минимум ее находится вцентре зоны Бриллюэна. Вблизи минимума кривизна зоны велика, вследствие чегоэффективная масса электрона очень мала и равна me<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">»

0.026 m0.<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">

Зона проводимости имеет не-параболичную форму,кривизна ее уменьшается с увеличением энергии. Экспериментальные результатыподтверждают непараболичность зоны проводимости. Измерение эффективной массы наповерхности уровня Ферми, приведенное для образцов с различной концентрациейэлектронов, показало увеличение эффективной массы с ростом n-кол-личествомносителей заряда (рис.1).

<img src="/cache/referats/685/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

Рис.1.  Зависимость эффективной массы электрона отконцентрации электронов.

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">

Валентная зона.

Расчеты зонойструктуры валентной зоны показали, что зона тяжелых дырок состоит из двухподзон, сдвинутых относительно точки <img src="/cache/referats/685/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026">-1б.

В максимумахэнергии не более чем на 0.006 эВ превышает энергию, соответствующую центру зоныБриллюэна. Зона легких дырок вырождена с зоной тяжелых дырок при <img src="/cache/referats/685/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1027">

         Ширина запрещенной зоны Eg=0.35 эВ (300К)

            Температурнаязависимость Eg=(0.44-2.8<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">×

10-4T)эВ

            Эффективнаямасса электрона me*=0.026 m0

            Эффективнаямасса тяжелой дырки mp*=0.41 m0

                Эффективная масса легкойдырки mi*=0.025 m0

            Эффективная масса дырки в зоне

            спин-орбитального расщепления mj*=0.083m0

                Энергия спин-орбитальногорасщепления <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">D

Eg=0.43 эВ.

Оптические свойства арсенидаиндия.

Наибольший практический интерес представляетспектральный диапазон в близи края собственного поглощения. Именно в этойобласти длин волн (3-5 мкм) работают фотоприемники, изготовленные изэпитаксиальных структур арсенида индия.

Поглощение света в толстом полупроводника может бытьописано выражением

                        I=I0(1-k)<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×

exp(-<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">aX),                (1)

где I0 — интенсивность падающегоизлучения, k — коэффициент отражения, <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">a

— коэффициент поглощения, X- координата.

Величина коэффициента отражения в близи краясобственного поглощения не превышает 30-40% и может быть оценена из выражения

                        <img src="/cache/referats/685/image007.gif" v:shapes="_x0000_i1028">             (2)

где  n — показатель преломления.

·<span Times New Roman"">     

В полупроводниках, какправило, одновременно работает несколько механизмов поглощения света. Основныеиз них:

·<span Times New Roman"">     

собственное илифундаментальное поглощение;

·<span Times New Roman"">     

эксионное;

·<span Times New Roman"">     

поглощение свободныминосителями;

·<span Times New Roman"">     

решетчатое;

·<span Times New Roman"">     

внутризонное.

Полный коэффициент поглощения в случаеодновременного участия нескольких механизмов поглощения равен:

                        <img src="/cache/referats/685/image009.gif" v:shapes="_x0000_i1029">                             (3)

В указанном диапазоне длин волн 3-5 мкм и обычноиспользуемой области температур 77-300 К работает в основном два механизма:собственное поглощение и поглощение на свободных носителях. В областисобственного поглощения прямозонная структура арсенида индия обуславливаетрезкую зависимость коэффициента поглощения от энергии:

<img src="/cache/referats/685/image011.gif" v:shapes="_x0000_i1030">

<img src="/cache/referats/685/image013.gif" v:shapes="_x0000_i1031">       (4)

где e — заряд электрона, h — постоянная Планка, с — скорость света. В арсениде индия n-типа величина Еg=0.35 эВ приТ=300 К, а показатель степени в выражении для <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">a

=0.85 n=1,  в материале р-типа Еg=0.36 эВ, аn=0.5.

В легированных образцах за счет малой эффективноймассы электронов с увеличением концентрации носителей происходит быстроезаполнение зоны проводимости электронами, в следствии чего уровень Ферминаходится выше дна зоны проводимости на величину энергии <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">D

En. В этом случае коэффициентпоглощения описывается выражением

            <img src="/cache/referats/685/image015.gif" v:shapes="_x0000_i1032">                 (5)

т.е. происходит сдвиг края поглощения в сторонубольших энергий.

Поглощение на свободных носителях в области длин волн,превышающих 3 мкм, хотя слабее, чем собственное, тем не менее может игратьзначительную роль в сильно легированных образцах. В этом случае <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a

описывается выражением

            <img src="/cache/referats/685/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1033">                    (6)

где n — показатель преломления, <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">s

— проводимость, <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">l — длина волны, <img src="/cache/referats/685/image019.gif" v:shapes="_x0000_i1034">

Оценки показывают, что при <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">l

=3 мкм и n=1018 см-3 впластине арсенида индия толщиной 400 мкм поглотится около 80% светового потока.

Подвижность варсениде индия.

Подвижность носителей заряда в кристаллах арсенидаиндия ограничивается несколькими механизмами рассеивания:

·<span Times New Roman"">     

рассеянием на оптических иакустических фононах;

·<span Times New Roman"">     

на ионных примесях;

·<span Times New Roman"">     

на нейтральных примесях:

·<span Times New Roman"">     

на дефектах кристаллическойрешетки (дислокациях):

·<span Times New Roman"">     

на носителях заряда.

В приближении времени релаксации <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">t

подвижность вычисляется по формуле

                        <img src="/cache/referats/685/image021.gif" v:shapes="_x0000_i1035">                              (7)

где <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">t

— вычисляется для каждогомеханизма рассеивания отдельно.

В монокристаллических объемных образцах арсенидаиндия достигнуты следующие значения подвижности:

            n-тип,<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">m

=30000 см2/Вс(300К),

            р-тип,<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">m

=450 см2/Вс(300К).

Сростом концентрацией примесей подвижность падает.

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">

Методы глубокой очистки индия и мышьяка.

Для получения монокристаллов арсенида индия свысокими и стабильными электрофизическими параметрами необходимо использоватьвысокочистые исходные материалы.

Арсенид индия с трудом поддается очисткекристаллизационными методами в следствие высокого давления диссоциации притемпературе плавления, высокой химической активности индия и мышьяка притемпературе выращивания и близких к единице значений коэффициентовраспределения основных примесей в исходных элементах, таких как сера, селен,цинк и др., а также из-за загрязнением кремнием из кварца при высокойтемпературе.

Методыглубокой очистки индия.

В индии предназначенном для синтезаполупроводниковых соединений, лимитирующими являются следующие примеси:алюминий, медь, магний, кремний, серебро, кальций, серебро и сера.

Применяемые методы очистки индия можно разделить нахимические и физические. Методы первой группы — субхлоридный, экстракционный,электролитический и перекристаллизация солей из растворов. Химические методытребуют наличия сверхчистых вспомогательных материалов кислот, щелочей,органических растворителей. Методы второй группы (физические) — термообработка,ректификация, вытягивание из расплава и зонная плавка — включают воздействие наиндий каких-либо вспомогательных химических реактивов.

При применении для приготовлении электролита особочистого натрия электролитическое рафинирование индия позволяет получить индийчистотой 99,9999% (выход по току 90%).

Субхлоридный метод получения  индия высокой чистоты позволяет получатьиндий чистотой 99,9999%.

Для успешного осуществления метода вакуумнойтермообработки необходимо выполнения следующих условий:

·<span Times New Roman"">     

материал контейнера долженбыть достаточно чистым и не взаимодействовать с расплавленном индием;

·<span Times New Roman"">     

термообработка должнапроводится в условиях высокого вакуума (10-6 мм рт.ст.) и востаточной атмосфере, не содержащей углеводородов.

Термообработка индия проводится в интервалетемператур 500-900ОС. Верхний предел температурного интервалаограничивается взаимодействием расплавленного индия с кварцем и значительнымувеличение упругости пара индия.

Вакуумная термообработка позволяет получить индийчистотой 99,9999%.

Зонная плавка электрически рафинированного индияпозволяет осуществлять дальнейшую очистку его от примесей.

При вытягивании кристаллов индия по методуЧохральского эффективная очистка происходит при выращивании кристаллов сбольшими скоростями вращения затравки (60-100 об/мин) и скоростью роста 2см/ч.Чистота индия выращенного по методу Чохральского, выше 99,9999%. Применениетолько одного способа очистки индия может оказаться недостаточным, и возможнопотребуется сочетание различных способов (физических и химических).

Методыполучения мышьяка и его соединений высокой степени чистоты.

Общее содержание примесей в мышьяке используемом длясинтеза арсенида индия, не должно превышать 1<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">×

10-5%, суммарное содержаниеселена и теллура должно быть < 1<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">×10-6% каждого вотдельности.

Наиболее перспективными технологиями очистки мышьякаявляются хлоридная и гидридная с получением промежуточных высоко чистыхпродуктов треххлористого мышьяка или гидрида мышьяка. Хлоридная схема получениячистого мышьяка включает:

·<span Times New Roman"">      

хлорирование металлического мышьяка хлором или взаимодействие трехокисимышьяка с соляной кислотой;

·<span Times New Roman"">      

очистку трихлорида мышьяка ректификацией;

·<span Times New Roman"">      

восстановление очищенного трихлорида мышьяка водородом до компактного металлического мышьяка.

Перед ректификацией треххлорида мышьяка проводятсорбционную очистку.

Для получения особо чистых гидрида мышьяка иэлементарного мышьяка используется гидридная схема. Гидридная технологиямышьяка имеет ряд преимуществ:

·<span Times New Roman"">      

содержание мышьяка в гидриде выше, чем в любом другом соединении;

·<span Times New Roman"">      

разложение гидрида мышьяка происходит при невысоких температурах иотсутствует необходимость в восстановлении;

·<span Times New Roman"">      

гидриды имеют малую реакционную способность по отношению кконструкционным материалам при температурах синтеза и очистки.

Недостатками гидрида мышьяка являются высокая токсичностьи взрывоопасность.

Гидридная технология очистки мышьяка состоит изследующих этапов:

·<span Times New Roman"">      

синтез арсенида металла II группы;

·<span Times New Roman"">      

гидролиз арсенида с получением арсина;

·<span Times New Roman"">      

очистка арсина сорбцией;

·<span Times New Roman"">      

вымораживание и ректификация;

·<span Times New Roman"">     

разложение арсина дометаллического мышьяка.

Мышьяк, полученный по приведенным схемам, с успехомиспользуется для синтеза арсенида индия. Кроме того, треххлористый мышьякнаходит широкое применение для нарашивания эпитаксиальных слоев арсенида индия.

Эпитаксиальное наращивание арсенида индия  из газовой фазы.

Газотранспортные процессы, в основе которых лежатобратимые химические реакции, широко применяются для получения эпитаксиальныхструктур полупроводниковых соединений А3В5. Основнымидостоинствами процесса получения эпитаксиальных слоев арсенида индия из газовойфазы в проточной системе являются:

·<span Times New Roman"">      

простота конструктивного оформления процесса;

·<span Times New Roman"">      

низкое пересыщение вещества над растущим кристаллом;

·<span Times New Roman"">      

сравнительно невысокие температуры кристаллизации, возможностьпредотвращения загрязнения материалом контейнера;

·<span Times New Roman"">      

возможность управления процессом роста изменением скорости потока иконцентрации транспортирующего агента;

·<span Times New Roman"">      

широкие возможности легирования слоев различными примесями;

·<span Times New Roman"">      

возможность автоматизации процесса;

·<span Times New Roman"">      

осуществление непрерывного процесса;

·<span Times New Roman"">     

возможность получениемногослойных структур и заданной морфологии.

Суммарные реакции, наиболее часто используемых дляосаждения эпитаксиальных слоев арсенида индия и переноса компонентов, в общемвиде мощно представить следующим образом:

4InГ3+As4+6H2<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">«

4InAs+12HГ;                    (8)

3As+2InГ3+3/2H2<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">«

3AsГ+2In+3HГ,            (9)

3AsГ+2In<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">«

2InAs+AsГ3;                              (10)

In+As<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">«

InAs;                                     (11)

2InAs+3Г2<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">«

InГ3+As2;                                  (12)

2InAs+H2O<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">«

In2O+As2+H2;              (13)

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

СистемаIn-AsCl3-H2 .

Достоинствами системы можно считать:

·<span Times New Roman"">      

малое число исходных компонентов в системе;

·<span Times New Roman"">      

устранение предварительного получения InAs, используемого в качествеисточника;

·<span Times New Roman"">      

возможность глубокой очистки AsCl3 ректификацией;

получение хлористого водорода и мышьяка высокойстепени чистоты восстановлением AsCl3 водородом.

Схема установки для выращивания эпитаксиальных слоеварсенида индия с использованием системы In-AsCl3-H2 представленана рис.2.

Рис. 2. Схема установки дляполучения эпитаксиальных пленок InAs в системе In-AsCl3-H2:

1- зона мышьяка; 2-лодочка синдием; 3-держатель с подложкой; 4-выход водорода с продуктами реакций; 5-входчистого водорода; 6-барботер с AsCl3.

Реактор имеет три зоны нагрева, причем печьсконструирована таким образом, что источник индия можно наблюдать во времяпроцесса.

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<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®

6HCl+1/2As4.                       (14)

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

2In+2HCl <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®

InCl+H2;                                   (15)

In+As4<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®

4InAs.                                            (16)

Взаимодействие источника индия с газовой смесьюпроисходит до насыщения индия мышьяком. Когда индий полностью насыщаетсямышьяком, на поверхности расплава образуется пленка арсенида индия, при этомизбыточный мышьяк поступает в реактор и конденсируется на холодных стенкахреактора вне печи. В течении периода насыщения индия мышьяком подложканаходится вне реактора. Продолжительность насыщения определяется количествоминдия, его температурой и скоростью поступления пара мышьяка к поверхностииндия. При использовании не полностью насыщенного источника индия составгазовой фазы в зоне осаждения непостоянен.

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

СистемаIn-HCl-AsH3-H2.

Принципиальными технологическими преимуществамигидридов являются следующие:

·<span Times New Roman"">      

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

·<span Times New Roman"">      

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

·<span Times New Roman"">      

содержание основного элемента в гидриде выше, чем в любом другомсоединении;

·<span Times New Roman"">      

гидриды имеют малую реакционную способность по отношению кконструкционным материалам.

Недостатками гидридов являются их высокаятоксичность и взрывоопасность.

При выращивании эпитаксиальных слоев этой системымышьяк при комнатной температуре находится в газообразном состоянии, чтообеспечивает постоянство состава газовой фазы и гибкость процесса легирования.

Типичная схема установки для наращивания эпитаксиальныхслоев арсенида индия с помощью системы In-HCl-AsH3-H2приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема установки длянаращивания эпитаксиальных слоев InAs с помощью системы In-HCl-AsH3-H2:    1-выпускная труба; 2-подложка.

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 доконца, т.е. химическое равновесие не наступает. Наиболее вероятной причинойнаблюдаемого отклонения от химического равновесия является геометрия установкии значительные скорости потока газа. Гидриды элементов V группы, в том числе иAsH3, термически неустойчивы при температурах, обычно используемыхпри выращивании эпитаксиальных слоев. Основные реакции осаждения следующие:

3InCl+1/4As4+1/2H2<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">«

InAs+HCl.   (18)

При получении эпитаксиальных слоев арсенида индия спомощью системы In-HCl-AsH3-H2 является гибким методомнаращивания. Качество слоев, полученных с помощью этой системы, обычноэквивалентно или даже превосходит качество слоев, полученных с участием другихсистем и методов, за исключением хлоридной системы In-AsCl3-H2.

СистемаInAs-SiCl4-H2.

Эпитаксиальные пленки арсенида индия высокой чистотыможно получать с использованием в качестве транспортирующего агента тетрахлоридкремния. Схема установки приведена на рис. 4.

Рис. 4. Схема установки дляэпитаксиального наращивания InAs с использованием системы InAs-SiCl4-H2:      1-печь; 2-первый источник InAs; 3-второйисточник InAs; 4-подложка.

Водород, насыщенный тетрахлоридом кремния, притемпературе -30СО, подается во внутреннюю трубку реакционной камеры.Продукты разложения (водород, хлористый водород и дихлорид кремния) вместе состатком тетрахлорида кремния поступают во внешнюю реакционную трубу, гдевзаимодействуют с первым источником арсенида индия. При этом на источникерастет пористая пленка кремния и образуется хлорид индия мышьяк. На второмисточнике, предназначенном для полного восстановления хлоридов кремния, такжеосаждается небольшое количество кремния. Эпитаксиальное наращивание пленокарсенида индия проводится на одноименные подложки, расположенные за вторым       источником.     Этот     процесс      можно     представить    следующим

последовательнымрешением:

            вреакционной камере

SiCl4 <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®

SiCl2+2HCl,                                      (19)

            систочник арсенида индия

2InAs+ SiCl4+SiCl2<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®

2Si+2InCl+1/4As4,      (20)

2InAs+SiCl4<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®

4InCl+As4,                                          (21)

на подложке

2InCl+As2+H2<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®

2InAs+HCl.                         (22)

Тетрахлорид кремния как  транспортный агент в газотранспортныхреакциях имеет преимущество перед другими хлоридами:

·<span Times New Roman"">     

может быть получен особовысокой степени чистоты;

·<span Times New Roman"">     

имеет высокое парциальноедавление при относительно невысоких температурах;

·<span Times New Roman"">     

не дает донорных уровней вэпитаксиальном слое.

Пиролиз МОС.

Значительный интерес представляют  реакции металлоорганических соединений.Процессы такого рода проводятся при низких температурах, что существенноповышает чистоту, синтезируемого соединения, кроме того синтез многих МОС носитизбирательный характер, а так как целый ряд примесей, влияющих наэлектрофизические параметры полупроводниковых материалов, не образуютаналогичных соединений, то уже в процессе самого синтеза МОС происходит очисткаот нежелательных примесей до уровня 10-5-10-6 вес %.

Основными реакциями, приводящими к образованиюарсенида индия при участии МОС, можно назвать следующие:

·<span Times New Roman"">     

термическое разложениеиндивидуального МОС по схеме

RnInAs<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®

InAs+nRH                           (23)

разложение происходит в атмосфере водорода;

·<span Times New Roman"">     

реакции элементоорганическихпроизводных, имеющими подвижный водород по схеме

 (C2H5)3In+AsH3<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®

InAs+3C2H6;                    (24)

·<span Times New Roman"">     

совместное разложение двухили более МОС или гидридов, приводящее к образованию твердых растворах на ихоснове.

В качестве источников индия и мышьяка длявыращивания эпитаксиальных структур используются метил- и этил производные,эфираты триметил индия. Последние соединения в сравнении с триметилиндия болеетехнологичны, так как менее реакционно способны и удобнее как в процессеочистки, так и при проведении процесса эпитаксиального наращивания.

Как правило, процесс осаждения термическим разложениемМОС осуществляется в атмосфере водорода. Возможно проведение процесса также всмеси водорода и азота или только в азоте.

В зависимости от условий проведения процессатермического разложения арсенид индия может быть получен как в виде порошка,так и в виде эпитаксиально выращенных слоев.

Одним из преимуществ метода является легкостьпроведения легирования в процессе эпитаксиального наращивания. С этой цельюприменяют широкий ассортимент алкильных соединений элементов.

Из рассмотренных диаграмм парциальных давлений дляхлоридного, хлоридно-гидридного метода и пиролиза триметилиндия с арсином вводороде следует, что максимальную область осаждения арсенида индия имеетсистема (CH3)3In-(CH3)3As-H2,минимальную система In-AsCl3-AsH3-H2. Из этогоследует, что с учетом ограничений связанных с кинетикой, процесс полученияэпитаксиальных структур арсенида индия с использованием МОС менее критичен ктемпературе, давлению и концентрации реагентов, а осуществление этого процессавозможно в более широком диапазоне, чем в случае хлоридного метода.

Важным вопросом с точки зрения развития методаполучения эпитаксиальных структур арсенида индия с использованием МОС являетсявозможность загрязнения слоев углеродом. Термодинамическим анализом процессаполучения арсенида индия по реакции

(CH3)3In+AsH3<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®

InAs+3CH4             (25)

показано, что переход углерода в слои арсенида индияза счет вторичных превращений углеводородов (метана, этана, этилена) вприсутствии избытка арсина и водорода невозможно.<

еще рефераты
Еще работы по материаловедению