45. Свойства и получение монокристаллов GaAs.

Получение монокристаллов GaAs. Технология получения полупроводниковых соединений отличается от технологии получения элементарных полупроводников наличием операции синтеза. Синтез поликристаллического GaAs может осуществляться взаимодействием распла! О* с парами Ас и сплавленном компонентов Са и Аз.

Схема установки для синтеза GaAs взаимодействием расплава С с парами А> показана на рис.4.3. Жидкий галлий помещают в горизонтальную кварцевую лодочку. Лодочку располагают в горизонтальной кварцевой ампуле, в другом ее конце находится твердый мышьяк. Для очистки поверхности компонентов от оксидов ампулу помещают в печь и откачивают до остаточного давления <10~4 Па при температуре галлия 650 °С и мышьяка - 300 °С. Такую очистку ведут несколько часов, после чего запаянную ампулу помещают в многозонную печь. Зона, в которой расположен Ga, нагревается до температуры плавления GaAs, а зона, содержащая мышьяк, доводится до температуры 613 - 620 °С, при кото­рой происходит его интенсивная сублимация, давление собственных па­ров при этом составляет 105 Па. Пары мышьяка диффундируют в другой конец ампулы, где реагируют с расплавом галлия. После завершения процесса синтеза расплав охлаждают, в результате чего получают по­ликристаллический слиток. При установке в затравочный канал монокри­сталлической затравки производят горизонтальную направленную кри­сталлизацию расплава и получают монокристаллический слиток.

Сплавление галлия и мышьяка необходимо производить под защитным слоем, который предотвращает интенсивное испарение легколетучего As. К материалу защитного слоя предъявляются следую­щие требования: химическая стабильность при температуре плавления GaAs; меньшая, чем у GaAs, плотность; несмешиваемость с расплавом GaAs; в нем не должны растворяться пары As; должен быть прозрачен, чтобы при выращивании кристаллов можно было контролировать процесс затравливания монокристалла. Лучше всего этим требованиям удовлет­воряет В2О3 Однако мышьяк, хоть и слабо, но растворяется в оксиде бо­ра, что приводит к потерям Аs. Для уменьшения потерь над слоем ВгО3 создают повышенное давление инертного газа.

В кварцевый тигель помещают смесь галлия и мышьяка при небольшом Избытке последнего для компенсации потерь на испарение смесь покрывают кусочками В2ОЭ, которые обеспечивают после расплавления слой толщиной 20 - 40 мм. Тигель нагревают до температуры 820 -880 в атмосфере инертного газа (Аг или N2 ) в камере высокого давления. В результате плавления мышьяка (817 °С) и галлия (30 °С) (образуется жидкая смесь компонентов, реагирующая с выде­лением "Тепла. В результате температура повышается до температуры плавления арсенида галлия (1238 °С).После завершения синтеза производят охлаждение расплава с образованием поликристаллического материала, либо ристаллизациюнаправленно методом Чохральского.Основным методом получения монокристаллов GaAs является метод Чохраського.

При избытке в расплаве мышьяка основными точечными дефектами кристаллах являются междоузельные атомы Аs. Для лолуизолирующего GaAs его легируют хромом в процессе роста до уровня 5 10¹⁵ см-3, а также выращивают чистые кристаллы из стехиометрического расплава или расплава, слегка обогащенного Аs. Для повышения воспроизводимости процесса выращивания бвздислскационных кристаллов в расплав GaAs вводят индий. Индий упрочняет кристаллическую решетку GaAs и повышает энергию образо­вания дислокаций при росте. Основными неконтролируемыми примесями в монокристаллах GaAs являются С и Si. Источники - различные углеводороды и кварцевый тигель.