Главная Промышленная автоматика.

чтобы покрыть расплав слоем толщиной 2 см. Арсенид галлия расплавляют и опускают затравку через расплавленный В2О3 в расплав. Температуру необходимо поддерживать такой, чтобы затравка не расплавлялась и поверхность расплава не затвердевала. Затравка и тигель вращаются в противоположных направлениях со скоростью 3 и 12 об/мин соответственно. Скорость роста кристалла равна 0,25 - 1,25 см/ч и ограничивается относительно большой теплотой плавления и малой теплопроводностью GaAs

Затравки обычно вырезают в направлении (111), причем в расплав опускают "А"-сторону (Ga-сторону). Возможно также выращивание монокристаллов в направлении <100>, однако скорость роста при этом значительно ниже.

Поликристаллический GaAs обычно синтезируют отдельно (с помощью технологии, подобной меюду направленной кристаллизации), но он может быть также синтезирован непосредственно в камере [70] или с помощью переноса в газовой фазе в системе шзкого давления [71].

Печь для выращивания содержит резистивный нагреватель специального тина [72], цилиндрический тепловой экран и подставку, сделанные из высокочистого графита, вместе с механизмами подъема, опускания и вращения затравки и тигеля. Температура контролируется с помощью термопары и поддерживается с точностью ±0,5°С. Внутри печи находится N2, давление около 2,02-10 Па для того, чтобы предотвратить испарение через В2О3.

Материалами для тигеля могут служить ниролитический нитрид бора, окись алюминия, графит, покрытый пиролитическим графитом, и кварц. Чистота выращенных монокристаллов уменьшается при использовании материалов для тигля в порядке перечисления [70, 71].

Таблица 14 Концентрация примесей в арсениде галлия после геттери-рования за счет BjO,

месь

С, , 10-

2059

2100

Су (рас 1 С. (и

четное значение), Ю" по массе

907 408 416 113 258 220

зме ренное значение), 10 по массе

0.05 0,1 8

10 0,4 5

Затра§ка Мопокристапп

Тигель

Жидкий GaAs


Рассчитаны ..

= К Cj (1 при g =0,99 и АГр,

уравнения -

взятыми из табл 1 3

Рис 1 7 Схема установки для выращивания кристаллов методом Чохральского с жидкостной герметизацией Тит ель гер метизируют при высоком давлении (2 X Х10 Па, N,)



На чистоту монокристаллов большое влияние оказывает чистота В2О3. Перед выращиванием кристалла материал В2О3 необходимо дегазировать путем нагрева в вакууме с давлением 1,33 • !0~ Па. Обычно это делают в отдельной печи, хотя дегазация может быть проведена непосредственно перед загрузкой GaAs. Если 82О3 содержит воду, го в случае использоватшя кварцевого тигля слиток может загрязняться кремнием. Кроме того, влага может ухудшать прозрачность В2О3, способствуя образованию соединений Ga и As в расправленном стекле.

Материал В2О3 обеспечивает очистку GaAs, так как он обладает гетте-рирующими свойствами для ряда примесей. В табл. 1.4 представлены экспериментальные данные [73], показывающие, что для нижнего края кристалла (g = 0,99) концентрации различных примесей ниже величин, рассчитанных в соответствии с уравнением (1.12) с использованием известных коэффициентов распределения. Действительные концентрации определялись методом эмиссионной спектроскопии.

С помощью метода Чохральского можно выращивать мопокристаллы больших размеров. Так, например, был получен монокристалл массой 6 кг, но с высокой плотностью дислокаций (Ю" - Ш*" см") [73].

При использовании этого метода были достигнуты следующие электрические свойства монокристаллов: подвижность электронов 7000 см-/(В • с) при 300 К для полуизолирующего монокристалла, выращенного в кварце [25],

и 6300 см/(В-с) для проводящего монокристалла с концентрацией примесей примерно 10* см.

Магнит

Пеяь-

Зона расплода

Графитовый тигель --5.


КВарцедая ампула

Сппад о Ьысоким у значением тачки Кюри

Приспособление для дытягиМиия

Держатель затрабки

Затрадка

Высокочастотный инддкцион-сгный нсгреОа-о тель о

Рис. Схема установки для выранщ-иапня кристаллов методом Греммель-майера

1.2,4. Ml-ГОД ГРЕММГЛЬМАЙКРА

Мето.ц Грсммельмайера является одним из вариантов метода Чохральского, в котором рас1шав и затравка тшходяг-ся в ампуле. В ампулу вводится мышьяк, обеспечивающий перед расштавлеии-ем избыточное давление 1,0110Па. Вращение и перемещение осуществляются с помощью магнитного поля (рис. 1.8). Этот метод бьш использован [75] для выраип1ва1щя кристаллов GaAs с подвижностью при ЗООК, равной 7000-S.iOO см/(В-с), при концснтращщ носителей заряда 5 • Юсм". При этом применялся тигель из нитрида алюминия. Кварцевую ампулу очищали путем отжига в вакууме в течение 80 ч при 620°С.

Результаты, представленные в этом разделе, показывают, что чистый отно-



сительно некомпенсированный нелегированный GaAs может быть изготовлен любым из описанных методов. "Нелегированные" кристаллы обычно являются полуизолирующими, вероятно, благодаря перекомпенсации избыточных мелких акцепторов глубокими донорами при использовании исходных матгфиалов высокой чистоты. Метод Чохральского обеспечивает воспроизво-дилюе получение полуизолирующих нелегировапных монокристаллов.

1.3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

В этом разделе приведен краткий обзор методов, используемых для исследования полуизолирующего GaAs или проводящего GaAs, содержащих глубокие уровни. Для более детального изучения необходимо воспользоваться приведенным списком литературы.

1.3.1. ИЗУЧЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ

Конверсия тонких поверхностных слоев GaAs из полуизолирующего в проводящее состояние в результате термообработки - явление доказанное. Однако интерпретация этого эффекта представляется спорной. Возможно, здесь играют роль несколько факторов.

Установлено, что конвертированный слой обладает проводимостьюр-типа. Имеются две основные концепции для объяснения явления конверсии. В работах [76 - 78] с помощью низкотемпературной фотолюминесценции были обнаружены пики после термообработки, которые интерпретируются как мелкие акцепторы углерода и комплексы вакансий углерода. Источником углерода являются графитовые детали реактора [78]. Органические растворители, используемые в процессе подготовки подложки, могут приводить к конверсии поверхности и играть ту роль, которая приписывалась ранее углероду [79]. В соответствии с другой интерпретацией, также основанной на фоголюминесцентных измерениях, к конверсии приводит Мп [80, 81]. Пока еще не ясно, имеется ли Мп в объеме материала первоначально или источником его служит реактор. Однако часто конверсия наблюдается даже в тех образцах, в которых Мп с помощью эмиссионной спектроскопии не обнаруживается.

Отбраковать полуизолирующий арсенид галлия, который может конвертировать при термообработке, - очень важная практическая задача. В работе [82] описан метод экспрессной оценки конверсии. После того, как образцы химически полированных пластин подвергают термообработке, kvji тирующей процесс нанесения эпитаксиального слоя в типовом температурном режиме в потоке очищенного водорода, на них наносят методом взрыва просгейщую тестовую структуру из металлических полосок. Сопро!ивле-ние конвертированного слоя может быть затем легко измерено на приборе для наблюдения характеристик транзисторов. Измеренное conpoTnajiCHHe коррелирует с высокочастотными параметрами полевых транзисторов, изготовленных на подложках из этого же слитка.

Концентрация мелких акцепторных уровней в конвертированном поверхностном слое обычно равна 10* см" [77, 78]. Четырехуровневая мо-





0 1 2 3 4 5 [6] 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0059