Арсенид индия. Свойства, применение. Особенности получения эпитаксиальных пленок

Категория реферата: Остальные рефераты
Теги реферата: тесты онлайн, курсовые работы
Добавил(а) на сайт: Pamfilij.

Эпитаксиальное наращивание арсенида индия из газовой фазы.

Газотранспортные процессы, в основе которых лежат обратимые химические реакции, широко применяются для получения эпитаксиальных структур полупроводниковых соединений А3В5. Основными достоинствами процесса получения эпитаксиальных слоев арсенида индия из газовой фазы в проточной системе являются:
. простота конструктивного оформления процесса;
. низкое пересыщение вещества над растущим кристаллом;
. сравнительно невысокие температуры кристаллизации, возможность предотвращения загрязнения материалом контейнера;
. возможность управления процессом роста изменением скорости потока и концентрации транспортирующего агента;
. широкие возможности легирования слоев различными примесями;
. возможность автоматизации процесса;
. осуществление непрерывного процесса;
. возможность получение многослойных структур и заданной морфологии.
Суммарные реакции, наиболее часто используемых для осаждения эпитаксиальных слоев арсенида индия и переноса компонентов, в общем виде мощно представить следующим образом:

4InГ3+As4+6H2(4InAs+12HГ; (8)

3As+2InГ3+3/2H2(3AsГ+2In+3HГ, (9)

3AsГ+2In(2InAs+AsГ3; (10)

In+As(InAs; (11)

2InAs+3Г2(InГ3+As2; (12)

2InAs+H2O(In2O+As2+H2; (13) где Г - галоген. Арсенид индия в виде эпитаксиальных слоев получают методами транспортных реакций либо синтезом из элементов, либо пересублимацией соединения. Для переноса чаще всего используют галоиды
(трихлориды элементов III и V групп, хлористый водород) и воду. Галоидные системы (хлоридные, йодидные) имеют преимущества перед системой H2O-H, поскольку хлор и йод являются нейтральными примесями для арсенида индия.

Система In-AsCl3-H2 .

Достоинствами системы можно считать:
. малое число исходных компонентов в системе;
. устранение предварительного получения InAs, используемого в качестве источника;
. возможность глубокой очистки AsCl3 ректификацией; получение хлористого водорода и мышьяка высокой степени чистоты восстановлением AsCl3 водородом.
Схема установки для выращивания эпитаксиальных слоев арсенида индия с использованием системы In-AsCl3-H2 представлена на рис.2.

Рис. 2. Схема установки для получения эпитаксиальных пленок InAs в системе
In-AsCl3-H2:
1- зона мышьяка; 2-лодочка с индием; 3-держатель с подложкой; 4-выход водорода с продуктами реакций; 5-вход чистого водорода; 6-барботер с AsCl3.

Реактор имеет три зоны нагрева, причем печь сконструирована таким образом, что источник индия можно наблюдать во время процесса.
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 ( 6HCl+1/2As4. (14)
В зане 2 пары мышьяка взаимодействуют с индием. Смесь газов поступает в зону источника индия и проходят реакции:

2In+2HCl ( InCl+H2; (15)

In+As4 ( 4InAs. (16)
Взаимодействие источника индия с газовой смесью происходит до насыщения индия мышьяком. Когда индий полностью насыщается мышьяком, на поверхности расплава образуется пленка арсенида индия, при этом избыточный мышьяк поступает в реактор и конденсируется на холодных стенках реактора вне печи.
В течении периода насыщения индия мышьяком подложка находится вне реактора.
Продолжительность насыщения определяется количеством индия, его температурой и скоростью поступления пара мышьяка к поверхности индия. При использовании не полностью насыщенного источника индия состав газовой фазы в зоне осаждения непостоянен.
При выращивании арсенида индия n-типа в системе In-AsCl3-H2 в газовый поток вводится смесь H2S+H2 . Концентрацией H2S определяется уровень легирования.
Для получения пленок р-типа используется элементарный цинк и кадмий, вводимые в виде легирующей добавки из испарителя с отдельной зоной нагрева.

Система In-HCl-AsH3-H2.
Принципиальными технологическими преимуществами гидридов являются следующие:
. летучие ковалентные гидриды можно получать из всех наиболее важных в полупроводниковой технике элементов;
. свойства гидридов позволяют успешно применять очистку, основанную на трех фазовых переходах (жидкость- пар, твердое- пар, твердое- жидкость), а также эффективные методы газовой очистки (сорбции, ионного обмена);
. содержание основного элемента в гидриде выше, чем в любом другом соединении;
. гидриды имеют малую реакционную способность по отношению к конструкционным материалам.
Недостатками гидридов являются их высокая токсичность и взрывоопасность.
При выращивании эпитаксиальных слоев этой системы мышьяк при комнатной температуре находится в газообразном состоянии, что обеспечивает постоянство состава газовой фазы и гибкость процесса легирования.
Типичная схема установки для наращивания эпитаксиальных слоев арсенида индия с помощью системы In-HCl-AsH3-H2 приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема установки для наращивания 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 до конца, т.е. химическое равновесие не наступает. Наиболее вероятной причиной наблюдаемого отклонения от химического равновесия является геометрия установки и значительные скорости потока газа. Гидриды элементов V группы, в том числе и AsH3, термически неустойчивы при температурах, обычно используемых при выращивании эпитаксиальных слоев. Основные реакции осаждения следующие:

3InCl+1/4As4+1/2H2 ( InAs+HCl. (18)
При получении эпитаксиальных слоев арсенида индия с помощью системы In-HCl-
AsH3-H2 является гибким методом наращивания. Качество слоев, полученных с помощью этой системы, обычно эквивалентно или даже превосходит качество слоев, полученных с участием других систем и методов, за исключением хлоридной системы In-AsCl3-H2.

Система InAs-SiCl4-H2.

Эпитаксиальные пленки арсенида индия высокой чистоты можно получать с использованием в качестве транспортирующего агента тетрахлорид кремния.
Схема установки приведена на рис. 4.

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

Водород, насыщенный тетрахлоридом кремния, при температуре -30СО, подается во внутреннюю трубку реакционной камеры. Продукты разложения (водород, хлористый водород и дихлорид кремния) вместе с остатком тетрахлорида кремния поступают во внешнюю реакционную трубу, где взаимодействуют с первым источником арсенида индия. При этом на источнике растет пористая пленка кремния и образуется хлорид индия мышьяк. На втором источнике, предназначенном для полного восстановления хлоридов кремния, также осаждается небольшое количество кремния. Эпитаксиальное наращивание пленок арсенида индия проводится на одноименные подложки, расположенные за вторым источником. Этот процесс можно представить следующим последовательнымрешением:

в реакционной камере

SiCl4 ( SiCl2+2HCl, (19) с источник арсенида индия

2InAs+ SiCl4+ SiCl2(2Si+2InCl+1/4As4, (20)

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки