9.2. Феноменологические теории эпитаксии

Основным вопросом в эпитаксии долгое время был вопрос о соотношении периодов решеток срастающихся фаз. В результа­те проведенных систематических исследований Руайе в 1925 - 1935 г.г. сформулировал три основных правила, определяющих возможность эпитаксии. Наиболее важным из них является то, в котором утверждается, что эпитаксия может происходить только при наличии у срастающихся веществ двух параллель­ных плоских решеток, имеющих ячейки одинаковой или почти одинаковой формы с близкими периодами. Мерой несоответст­вия периодов считается величина, определяемая формулой Δа = [(а_с-а_п)/а_с]·100%, где а_с и а_п — соответствующие вели­чины периодов плоских сеток материала слоя и подложки. Несоответствие периодов решеток не должно превышать 15%.

Многочисленные последующие экспериментальные исследования показали, что ориентированное нарастание происходит и в том случае, когда несоответствие периодов решеток превосходит 15%. Было установлено, что допустимая степень несоответствия для ориентированного нарастания сильно зависит от применяемого метода наращивания (например, рост из пара или из раствора).

Для объяснения случаев ориентированного нарастания при значительном несоответствии межатомных расстояний в сра­стающихся плоскостях в рамках структурно-геометрических представлений Финч и Кворелл в 1933 г. выдвинули гипотезу о «поверхностном псевдоморфизме». Под псевдоморфизмом пони­мают изменение периода решетки нарастающей фазы в резуль­тате упругой деформации ее структуры, при котором объем элементарной ячейки сохраняется постоянным. Предполагается, что межатомное расстояние в псевдоморфном слое переменно: от периода решетки материала поверхности срастания до пе­риода решетки материала наращиваемой фазы. В таком случае изменения периода решетки могут достигать десятков процен­тов.

Формирование сплошной эпитаксиальной пленки проходит через ряд промежуточных стадий после образования эпитаксиальных зародышей. Протекание каждой стадии является следствием перехода системы в более равновесное состояние.

9.3. Методы проведения эпитаксии Конденсация из паровой фазы в вакууме

Атомы полупроводника переносятся непосредственно от источника к кристаллу-подложке без промежуточного взаимодействия путем испарения, сублимации, распыления и др. Количество атомов или молекул, осевших на подложке, существенно зависит от температуры подложки, состояния ее поверхности, природы конденсирующихся атомов, их кинетической энергии и угла падения.

В зависимости от способа доставки атомов (молекул) к подложке различают следующие методы: метод молекулярных пучков в вакууме, сублимация, катодное распыление. Общим для данных методов является то, что материал при испарении и переносе от источника к подложке, а затем при кристаллизации не претерпевает каких-либо необратимых химических изменений. Отличаются они друг от друга методикой испарения вещества, условиями осаждения и аппаратурным оформлением процесса.

Метод молекулярных пучков в вакууме(МПВ) основан на испарении вещества из жидкой фазы и последующей его кристаллизации на поверхности разогретой подложки, располагаемой вблизи источника. Способы испарения вещества в методе МПВ классифицируют как тигельные и бестигельные.

Для изготовления тиглей используют Al₂O₃,ThOи графит. Слои конденсата, полученные таким образом, обычно загрязняются материалом тигля, поэтому преимущественно используют бестигельные методы.

Метод сублимацииоснован на испарении вещества с разогретой до высоких температур поверхности твердого образца и последующей его кристаллизации на расположенной вблизи от источника поверхности подложки. При сублимации применяют следующие способы разогрева источника: прямое пропускание тока через образец, индукционный и электронно-лучевой нагрев.

Метод катодного распыленияоснован на распылении катода материала ионами инертного газа (обычно аргона) в тлеющем разряде. Атомы и ионы материала, выбитые с поверхности катода положительными ионами аргона, конденсируются на разогретой до заданной температуры подложке.