5.2.2. Изготовление слоев методами жидкофазной эпитаксии и химического осаждения из паровой фазы

Выращивание сложных структур методом жидкофазной зпитаксии основано на растворении в расплавах галлия и сплава и последующем осаждении слоев на кристаллическую подложку, определяющую кристаллографическую ориентацию слоев. Установку для выращивания, схема которой показана на рис. 5.4, изготавливают из высокочистых графита и кварца, а само выращивание осуществляют в среде высокочистого Верхняя часть пенала установки, содержащая расплав скользит вдоль нижней части пенала, содержащей подложку и источник После насыщения расплава при путем выдержки над источником верхнюю часть пенала перемещают до совмещения расплава с подложкой и температуру снижают со скоростью Зависимость растворимости в жидком галлии от температуры

Рис. 5.4. Схема установки для выращивания слоев методом жидкофазной эпитаксии и временное изменение температуры на различных стадиях осаждения слоев GaAs и AlGaAs. Установка помещена в кварцевую трубу, через которую пропускают поток очищенного газа при атмосферном давлении

имеет вид, показанный на рис. 5.5, Этим методом получены скорости выращивания слоев 0,1-0,5 мкм/мин. В процессе выращивания относительно большой объем Ga является стоком для сегрегированных примесей. Поскольку рост слоев происходит в почти равновесных условиях, выращиваются эпитаксиальные спои очень высокого качества. С целью стабилизации роста иногда по нормали к фронту кристаллизации создают температурные градиенты с помощью устройств охлаждения. В этом случае слои однородны по толщине и не образуются дефектные бугорки.

Поскольку процесс проводят в установке, содержащей электропроводность слоев зависит от температуры при выращивании и электрической активности атомов С, являющихся амфотерной примесью в Парциальное давление кислорода должно быть как можно меньше, так как атомы кислорода создают эффективные рекомбинационные центры в

На ранней стадии выращивания в ряде случаев создают условия для небольшого стравливания поверхности подложки с целью обеспечения

Рис. 5.5. Растворимость в жидком галлии [Shen./ California, Stanford. Thesis, Dep. Electr. Eng., 1976]

атомарно-чистой границы раздела.

С помощью этого получают низкие скорости поверхностной рекомбинации, наблюдаемые на металлургической межфазной границе.

Добавляя небольшое количество в расплав, содержащий можно создать мелкозалегающий слой -типа в подложке одновременно с выращиванием слоя . В соответствии с другим способом слой выращивают из расплава легированного германием, непосредственно перед осаждением Интуитивно кажется, что эпитаксиальные слои должны иметь более высокое структурное совершенство и большие времена жизни неосновных носителей заряда.

Для улучшения характеристик полупроводниковых устройств существует несколько вариантов жидкофазного выращивания. Осаждение осуществляют в условиях недостаточного насыщения, насыщения и пересыщения расплавов; в последнем случае, как правило, эпитаксиальные слои характеризуют малой диффузионной длиной L неосновных носителей заряда [Woodall, Hovel, 1977]. «Выщелачивание» или геттерирование примесей из нижележащих слоев или -типа в подложке с целью повышения значения L осуществляют путем отжига подложки в расплаве до эпитаксиального наращивания [Woodall, Hovel, 1975]. С помощью метода рекристаллизации с тыльным подтравливанием [Woodall, Hovel, 1977] в одном технологическом цикле осуществляют геттерирование и выращивание слоя переменного состава. Преимущества при использовании подобных слоев обсуждаются далее в 5.2.6.

Другой наиболее часто применяемый способ — это химическое осаждение из паровой фазы (или более узко — эпитаксия из паровой фазы) путем синтеза газообразных соединений, содержащих При реакции и арсина на подложке, нагретой до 600—800° С, скорость осаждения может превышать [Johnston, Callahan, 1976]. Осаждение происходит также в результате пиролитической реакции органометаллических соединений галлия (например, триметил-галлия) с на подложке, нагреваемой с помощью СВЧ-излучателей [Dapkus е. а., 1978; Dupuis е. а., 1977]. Особое достоинство последнего метода для предполагаемого массового производства — отсутствие нагрева стенок реактора и осаждение материала только на нагретых подложках. Оба процесса используют в качестве газа-носителя водород при атмосферном давлении.

Времена жизни неосновных носителей заряда в слоях, выращенных методами жидкофазной эпитаксии и химического осаждения из паровой фазы, близки. Оба метода применимы также для получения кристаллических пленок на аморфных подложках.

Ввиду большого различия давлений насыщенных паров элементов отношение давлений 1011) при обычном вакуумном испарении невозможно добиться стехиометрического состава слоев. Однако высокосовершенные слои выращивают методом молекулярнопучковой эпитаксии