Метод горячей стенки (Атомно-слоевая эпитаксия)
Позволило создавать структуры с квантовыми ямами и сверхрешёточной структурой более дешёвым и простым методам по сравнению с МЛЭ.
Метод горячей стенки представляет собой разновидность технологии вакуумного осаждения слоев, характеризуемую тем, что рост происходит в условиях, очень близких к термодинамическому равновесию. Основной особенностью метода является наличие нагретого экрана (горячей стенки), служащего для сосредоточения и направления на подложку испаряемого вещества. При этом исключаются потери испаряемого материала, создается возможность поддержания высокого давления паров вещества или его различных компонентов и сводится до минимума разность температур источника и подложки.
К концу 70-х годов метод горячей стенки был детально разработан в применении к целому ряду соединений AIVBVI и твердых растворов на их основе. Это позволило плавно, без каких-либо серьезных модификаций технологических установок и режимов роста, перейти от эпитаксии отдельных слоев к изготовлению сверхрешеток. Сверхрешетки на основе полупроводников AIVBVI были впервые получены в начале 80-х годов в университетах Японии и Австрии методом горячей стенки. Типичные установки для изготовления сверхрешеток этим методом показаны на рис. 9.14.
Рис. 9.14. Схема установки для эпитаксиального выращивания сверхрешеток
PbTe–PbSnTe методом горячей стенки (во всей системе вакуум ∼10−6 мм рт. ст.; резервуары, содержащие Te, используются при росте p-PbTe и p-PbSnTe; избыток Te создает отклонение от стехиометрии): 1 — нагреватель подложки; 2 — головка с подложкой, периодически передвигаемая мотором; 3 — отражатель паров Te; 4 — подложка; 5 — нагреватели стенок; 6 — нагреватели источников; 7 — нагреватели резервуаров Te; 8 — стенка из кварцевого стекла.
В качестве примера используются соединение PbTe и твердые растворы Pb1−xSnxTe. В состав установки входят несколько (обычно два) реакторов, которые используются для получения слоев разных материалов или слоев разного типа проводимости, а также подвижный подложкодержатель, перемещение которого между реакторами позволяет сформировать сверхрешетку. Выращивание слоев производится в вакууме порядка 10−6 мм рт. ст. Условия роста определяются температурами двух источников-испарителей, стенок и подложки. Для управления типом проводимости отдельных слоев используют два способа: регулируемое отклонение состава от стехиометрии, то есть легирование электрически активными собственными дефектами, и легирование примесями. В первом случае в дополнительные резервуары реакторов загружают чистый теллур, давлением паров которого и определяется тип проводимости материала, так как избыток халькогена в PbTe дает дырочную проводимость, а избыток свинца — электронную. Уровень легирования при этом определяется температурой резервуара с теллуром и существенно зависит от температуры подложки. Перед выращиванием сверхрешетки на подложку BaF2 обычно наносится буферный слой PbTe толщиной порядка 500 нм. Толщины слоев сверхрешетки для этого метода определяются двумя ограничивающими факторами: 1) нижняя граница определяется градиентом состава за счет взаимодиффузии компонентов; 2) верхняя граница, при превышении которой свойства сверхрешетки перестают отличаться от свойств объемного материала, определяется длиной свободного пробега носителей. Этот метод выращивания применяется и для получения сверхрешеточных структур на основе AIIBVI, например ZnS–ZnSe.