半導體材料外延生長

《半導體材料外延生長》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。

1、半導體材料III-V族化合物半導體的外延生長第七章III-V族化合物半導體的外延生長內容提要：氣相外延生長VPE鹵化物法氫化物法金屬有機物氣相外延生長MOVPE液相外延生長LPE分子束外延生長MBE氣相外延生長氣相外延生長(vaporphaseepitaxy,VPE)發(fā)展較早，主要有以下三種方法：鹵化物法(Ga/AsCl3/H2體系)氫化物法(Ga/HCl/AsH3/H2體系)金屬有機外延法鹵化物法外延生長GaAsGa/AsCl3/H2體系氣相外延原理及操作高純H2經(jīng)過AsCl3鼓泡器，把AsCl3蒸氣攜帶入反應室中，它們在300~500℃的低溫就發(fā)生還原反應，4

2、AsCl3+6H2=As4+12HCl生成的As4和HCI被H2帶入高溫區(qū)(850℃)的Ga源(也稱源區(qū))處，As4便溶入Ga中形成GaAs的Ga溶液，直到Ga飽和以前，As4不流向后方。4Ga+xAs4=4GaAsx(x<1)而HCI在高溫下同Ga或GaAs反應生成鎵的氯化物，它的主反應為2Ga+2HCl=2GaCl+H2GaAs+HCl=GaCl+?As4+?H2鹵化物法外延生長GaAsGaCI被H2運載到低溫區(qū)，如此時Ga舟已被As飽和，則As4也能進入低溫區(qū)，GaCI在750℃下發(fā)生歧化反應，生成GaAs，生長在放在此低溫區(qū)的襯底上(這個低溫區(qū)亦稱沉積區(qū))

3、，6GaCl+As4=4GaAs+2GaCl3有H2存在時還可發(fā)生以下反應4GaCl+As4+2H2=4GaAs+HCl反應生成的GaCl3被輸運到反應管尾部，以無色針狀物析出，未反應的As4以黃褐色產(chǎn)物析出。氫化物法外延生長GaAs氫化物法是采用Ga／HCI／AsH3／H2體系，其生長機理為Ga(l)+HCl(g)=GaCl(g)+?H2(g)AsH3(g)=?As4(g)+3/2H2(g)GaCl(g)+?As4(g)+?H2(g)=GaAs(s)+HCl(g)這種方法，Ga(GaCI)和As4(AsH3)的輸入量可以分別控制，并且As4的輸入可以在Ga源的下

4、游，因此不存在鎵源飽和的問題，所以Ga源比較穩(wěn)定。鹵化物和氫化物法生長GaAs除了水平生長系統(tǒng)外，還有垂直生長系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的基座大都是可以旋轉的，因此其均勻性比較好。金屬有機物化學氣相沉積金屬有機物化學氣相沉積(MetalOrganicChemicalVaporDeposition，MOCVD)自20世紀60年代首次提出以來，經(jīng)過70年代至80年代的發(fā)展，90年代已經(jīng)成為砷化鎵、磷化銦等光電子材料外延片制備的核心生長技術，特別是制備氮化鎵發(fā)光二極管和激光器外延片的主流方法。到目前為止，從生長的氮化鎵外延片和器件的性能以及生產(chǎn)成本等主要指標來看還沒有其它方法能與之

5、相比。MOVPE技術MOVPE(MetalorganicVaporPhaseEpitaxy)技術是生長化合物半導體薄層晶體的方法，最早稱為MOCVD。近年來從外延生長角度出發(fā)，稱這一技術為MOVPE。它是采用Ⅲ族、Ⅱ族元素的有機化合物和V族、Ⅵ族元素的氫化物等作為晶體生長的源材料，以熱分解方式在襯底上進行外延生長Ⅲ一V族，Ⅱ一Ⅵ族化合物半導體以及它們的多元化合物的薄層單晶。Ⅱ族金屬有機化合物一般使用它們的烷基化合物，如Ga、Al、In、Zn、Cd等的甲基或乙基化合物：Ga(CH3)3、Ga(C2H5)3等，金屬有機化合物的名稱及其英文縮寫三甲基鎵Tri-methy

6、l-galliumTMG．TMGa三甲基銦Tri-methyl-indiumTMI．TMIn三甲基鋁Tri-methyl-alumiumTMAI三乙基鎵Tri-ethyl-galliumTEG．TEGa三乙基銦Tri-ethyl-indiumTEI．TEIn二甲基鋅Di-methyl-zincDMZn二乙基鋅Di-ethyl-zincDEZn二甲基鎘Di-methyl-cadmiumDMCA二乙基鎘Di-ethyl-cadmiumDECAMOVPE的特點MOVPE具有下列的特點：(1)可以通過精確控制各種氣體的流量來控制外延層的性質用來生長化合物晶體的各組分和摻雜

7、劑都以氣態(tài)通入反應器。因此，可以通過精確控制各種氣體的流量來控制外延層的成分、導電類型、載流子濃度、厚，度等特性?？梢陨L薄到零點幾納米，納米級的薄層和多層結構。(2)反應器中氣體流速快，可以迅速改變多元化合物組分和雜質濃度反應器中氣體流速快，因此，在需要改變多元化合物組分和雜質濃度時，反應器中的氣體改變是迅速的，從而可以使雜質分布陡峭一些，過渡層薄一些，這對于生長異質和多層結構無疑是很重要的。MOVPE的特點(3)晶體生長是以熱分解方式進行，是單溫區(qū)外延生長，需要控制的參數(shù)少，設備簡單。便于多片和大片外延生長，有利于批量生長。(4)晶體的生長速度與金屬有機源的供

8、給量成正比