9.4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР

В этом параграфе дадим общее описание техники изготовления гетероструктур полупроводниковых соединений Читатели, знакомые с технологией кремниевых приборов, знают, что большинство этих приборов делают из эпитаксиальных слоев, выращиваемых на монокристаллической подложке при соблюдении высокой чистоты и тщательного контроля размеров. Эпитаксиальная техника также используется в производстве приборов на основе соединений, но химические свойства этих материалов требуют других методов как при изготовлении подложек, так и при выращивании эпитаксиальных слоев.

Монокристаллический кремний для подложки обычно выращивают путем кристаллизации на затравке (метод Чохральского). Полученная цилиндрическая булька в дальнейшем может быть подвергнута зонной очистке. После этого из нее нарезают плоские слои и полируют. Эпитаксиальные слои формируют в процессе химического осаждения, похожего на описанный в гл. 4 метод, применяющийся при производстве оптических волокон. Качество эпитаксиальных слоев зависит как от качества подложки, так и от условий осаждения.

Материал подложки для полупроводников получают либо методом Чохральского, либо рекристаллизацией из жидкой фазы. Однако по сравнению с кремнием здесь наблюдается более высокий уровень кристаллических дефектов и дислокаций. Люминесцентные приборы изготавливались методом эпитаксии из паровой фазы на нагретую подложку. Использовались и гидридные, и галоидные пары, но ни в одном случае не было достигнуто качество слоев, необходимое для эффективных люминесцентных диодов. Проблема заключается в необходимости обеспечить достаточно низкую скорость безызлучательного распада, т. е. достаточно большое Более удачные результаты получены осаждением из органометаллических паров. При химическом осаждении можно поддерживать высокую точность контроля состава и толщины различных эпитаксиальных слоев. Может быть получена скорость роста порядка Техника эпитаксии из молекулярных пучков позволяет контролировать структуру эпитаксиальных слоев. Существенно, что необходимый для образования слоя материал испаряется с разогретой нити. Скорость роста получается низкой (порядка 1 мкм/ч) и требуется поддержание высокого вакуума. Этот способ еще не получил широкого распространения.

Наиболее широко при изготовлении люминесцентных приборов на основе соединений в настоящее время применяется жидкофазная эпитаксия. Для этого метода характерна высокая, но контролируемая скорость роста, он наиболее подходит для получения тонких сильнолегированных слоев с резкими переходами. Процесс идет в печи с контролируемой температурой. Сделанная из графита «лодочка» помещается в скользящий держатель — «слайдер». Схематичное

Рис. 9.19. Схематическое изображение сечеиия графитовой лодочки для выращивания трехслойиой гетероструктуры методом жидкостной эпитаксии

изображение устройства, которое может использоваться для получения различных эпитаксиальных слоев, приведено на рис. 9.19. Затравочную пластину размещают в углублении слайдера и протягивают под резервуарами лодочки. Температуру слегка понижают, что вызывает кристаллизацию при контакте раствора с затравкой. Кинетика реакции усложняется, если различные материалы и присадки, содержащиеся в жидкой фазе, осаждаются с разной скоростью. Однако контроль концентраций в растворе позволяет точно контролировать состав осаждаемых слоев. Это применимо даже к таким сложным слоям, как четверные полупроводниковые соединения с. малыми добавками материалов VI или II групп. Наиболее совершенные в настоящее время гетероструктурные приборы получены именно жидкофазной эпитаксией. Вполне возможно, что это положение изменится.

Использование химического осаждения совместно с техникой фотолитографии и окисного маскирования обеспечивает массовое производство кремниевых интегральных схем. Недостаточное развитие подобной техники для материалов остается препятствием к разработке и производству сложных интегральных приборов на основе этих полупроводниковых соединений.

ЗАДАЧИ

(см. скан)

(см. скан)

РЕЗЮМЕ

Гетероструктуры обычно характеризуются омическим поведением. Гетероструктуры имеют характеристики, подобные характеристикам гомопереходов, но с повышенной эффективностью инжекции неосновных носителей в узкозонный материал.

Двойная гетероструктура ограничивает в пределах активного слоя неосновные носители и оптическое излучение.

Рекомбинационное излучение, зародившееся в узкозонном материале, не поглощается в широкозонном.

В диоде на основе двойной гетероструктуры внутренняя квантовая эффективность где Ширина полосы модуляции «Сильная инжекция» уменьшает при Тогда Разработаны различные типы светодиодов на основе двойной гетероструктуры с поверхностным и краевым излучением. Для длины волны могут быть использованы GaAlAs/GaAs, для более длинных волн предпочтительнее системы InGaAsP/InP. Наиболее распространена технология жидкофазной эпитаксии.

Если используется волокно с повышенным диаметром и числовой апертурой, коэффициент связи может быть увеличен при использовании линзовых поверхностей. От 20 до может быть введено в волокно при диаметре сердцевины при диаметре сердцевины (волокна