Газовая эпитаксия из металлорганических соединений и гидридов.

Носителем атомов полупроводникового элемента является газообразный водород.

Рис.39. Упрощенная блок-схема установки МОГФЭ (а) и общий вид установки AIXTRON AIX2000/HT (б)

Ниже приведена газовая схема установки МОГФЭ (рис. 33). Гидриды (AsH₃, PH₃) подаются из баллона посредством потока водорода. Металлы(In,Ga,) и легирующие примеси(Zn) подаются в реактор потоком водорода через барбатеры, содержащие соответствующую металлорганику. Элементы попадают в реактор, где они разогреваются до температуры распада. Затем потоком водорода они доставляются на подложку, где происходит эпитаксиальное осаждение полупроводникового материала в соответствии с заданными концентрациями исходных материалов.

Рис.40. Газовая схема установки МОГФЭ.

Рис. 41. Упрощенная схема установки МОГФЭ с горизонтальным реактором.

Ниже приведены химические реакции, происходящие в установке газофазной эпитакасии с металлорганическими соединениями и гидридами при нагревнии (носителем является водород) (29) и (30):

Ga (CH₃)₃ + AsH₃ → GaAs + 3 CH₄ (32)

In (CH₃)₃ + PH₃ → InP + 3 CH₄ (33)

Ниже приведены химические реакции, происходящие в установке газофазной эпитаксии из хлоридных и гидридных соединений при нагревании (носителем является хлор)(31)(32)(33).

2HCl + 2Ga → 2GaCl + H₂ (34)

4AsH₃ + 6 H₂ → 4As + 12 HCl (35)

4As + 4GaCl + 2 H2 = 4GaAs + 4HCl (36)

Молекулярно-пучковая эпитаксия.

Носителем атомов полупроводникового элемента является поток атомов в вакууме.

Рис. 42. Схема установки МПЭ (а) и фотография установки Riber 32P (б)

1. Вакуум 10^-8 -10^-10 мм рт. ст.

2. Нагретая подложка

3. Поток атомов из нагретого источника.

4. Атомы мигрируют по поверхности подложки.

5. Химическая реакция отсутствует.

6. Малая скорость роста, высокая точность осаждения эпитаксиальных подложек по толщине.

7. Встроенное измерительное оборудование и возможность контроля параметров эпитаксиального слоя в процессе роста.

4.5. Рентгеноструктурный анализ рассогласования параметров решетки двух эпитаксиальных слоев

Рентгеноструктурный анализ позволяет определить рассогласование параметров решетки эпитаксиального слоя и подложки, на которой произведен рост полупроводникового материала.

Рис. 43 Дислокации несоответствия возникающие в результате несоответствия параметров решетки а и а_0.

Для этого применяется рентгеновский диффрактометр. Этот прибор позволяет направить на полупроводниковый слой коллимированный пучек рентгеновских лучей под некоторым углом. После проникновения в полупроводник луч отражается от кристаллической решетки. Согласно условию Вульфа-Брегга рентгеновские лучи под некоторым углом отражаются в фазе (синфазны), что обеспечивает условие рентгеновской дифракции и возрастания интенсивности отраженного рентгеновского излучения:

2a sinΘ = mλ (37)

Где m – порядок рентгеновской дифракции, λ – длина волны рентгеновского излучения.

Рис. 44. Схематическое изображение падения рентгеновского излучения на кристалл(а) и рентгеновского дифрактометра(б).

Углы при которых наблюдается рентгеновская дифракция называются брегговскими углами. По ним определяется межплоскостное расстояние в кристалле и его совершенство. В нашем случае, когда на кристаллической подложке есть тонкий эпитаксиальный слой, можно одновременно наблюдать рентгеновскую дифракцию от кристалла и эпитаксиального слоя. По разнице положения максимумов отражения подложки и слоя можно определить рассогласование параметров решетки.

Рис. 45 Зависимость интенсивности отраженного рентгеновского излучения подложки и слоя.

Лекция № 5. Принцип действия полупроводникового лазера. Лазерный эффект в полупроводниках.