Způsob přípravy materiálu arsenidu galia

Způsob přípravy materiálu arsenidu galia

Od padesátých let byla vyvinuta celá řada metod růstového krystalického arsenidu. Současné běžné průmyslové růstové procesy zahrnují LEC, horizontální Brijmanovu metodu (HB), vertikální Brijmanovu metodu (VB) a solidifikaci vertikálního gradientu (VGF).

1. Tekuté uzavřené Czochralski (LEC)

Metoda LEC je hlavní postup pro pěstování nedopotřebovaného polosolárního gallium arzenidu monokrystalu (SI GaAs). V současné době více než 80% polosolárních krystalů arsenidu gallium na trhu pěstuje metodou LEC. Metoda LEC používá ohřívač grafitu a PBN kelímek a používá B2O3 jako kapalné těsnící činidlo k provádění růstu krystalů arsenidu galia v argonové atmosféře 2 MPa. Hlavní výhodou procesu LEC je to, že má vysokou spolehlivost a snadno se rozvíjí jednoduché krystaly s dlouhým průměrem. Obsah krystalického uhlíku je regulovatelný a polosolovací vlastnosti krystalů jsou dobré. Hlavní nevýhody jsou: chemická dávka je obtížně kontrolovatelná, teplotní gradient tepelného pole je velký (100 ~ 150 K / cm) a dislokační hustota krystalu je vzestupná a nerovnoměrná. Japonská společnost Hitachi Cable Co., Ltd. v roce 1998 založila první výrobní linku na výrobu monokrystalů LEC GaAs o rozměrech 6 palců. Společnost v té době nainstalovala největší monokrystalovou pec GaAs s průměrem 400 mm, kapacitu krmení 50 kg, a 6-palcový jediný růst. Délka krystalu dosahuje 350 mm. V roce 2000 publikoval Freiberger 8-palcový arzenidový gálový monokrystal vyvinutý prvním procesem LEC na světě.

2. Horizontální Bridgman (HB)

Metoda HB byla kdysi hlavním procesem hromadné výroby polovodičového (nízkomodulového) arsenidu galliového monokrystalu (SC GaAs) s využitím křemenných lodí a křemenných trubek, které rostly za normálního tlaku s vysokou spolehlivostí a stabilitou. Výhodou metody HB je, že parní arzén může být použit k přesnému řízení stechiometrického poměru těla a teplotní gradient je malý k dosažení účelu snížení dislokací. Dislokační hustota krystalického arzenidu HB gallium je více než řádově nižší než u krystalů LEC galaktosy. Hlavní nevýhoda spočívá v tom, že samci rostou nedopotřebované polosolárně izolované krystalické arsenidy gallium a krystalové rozhraní je pěstováno jako D, které způsobí velké množství odpadu v procesu zpracování do plátků. Současně je obtížné pěstovat krystaly o velkém průměru kvůli nosnosti křemenných lodí při vysokých teplotách. V současné době je hromadná výroba procesu HB hlavně v případě krystalů o průměru 2 palce a 3 palce a uváděný maximální arzenid gallia arsenidu galia je 4 palce. V současné době není mnoho společností, které používají HB proces pro výrobu materiálů arsenidu galia. S vyspělostí procesů VB a VGF postup HB postupně nahrazuje.

3. Vertikální Bridgman (VB)

Metoda VB je proces růstu krystalů, který byl vyvinut koncem osmdesátých let. Syntetizovaný arzenidový polykrystal, B2O3 a zárodečné krystaly byly naplněny do PBN kelímku a uzavřeny ve vakuové křemenné láhvi. Těleso pece bylo umístěno svisle. Drát je ohříván pomocí odporového drátu a křemenná láhev je umístěna svisle ve středu tělesa pece. Při vysokých teplotách se polykrystalový arzenid gallia roztaví a potom se spojí se semenným krystalem a pak se křemenný válec a kelímk pohybují dolů o nosnou tyč skrz manévrovací mechanismus. Při určitém teplotním gradientu se monokrystal vyvíjí pomalu z konce semenných krystalů. Metodou VB může růst nízkovrstvý arzenidový arginidový gallia nebo vysoce odolný poloizolační arzenid galliového krystalu. Průměrná EPD krystalu je nižší než 5000 / cm2.

4. Stabilizace vertikálního gradientu (vertikální gradient Freeze, označovaný jako VGF)

Princip a aplikační pole procesu VGF a procesu VB jsou v podstatě podobné. Největší rozdíl spočívá v tom, že metoda VGF ruší mechanizmus prokládání krystalů a rotační mechanismus. Počítač přesně řídí tepelné pole, aby se pomalu ochlazovalo a růstové rozhraní se pohybuje nahoru od spodního konce taveniny, aby se dokončil růst krystalů. Tento proces činí rozhraní pro růst krystalů stabilnější díky eliminaci mechanismus mechanického přenosu a je vhodné pro růst velmi nízkého dislokace GaAs monokrystalu. Nevýhodou procesů VB a VGF je to, že růst krystalů nemůže být pozorován a posuzován během procesu růstu krystalů a doba růstu krystalů je dlouhá. V současné době je mezinárodní obchodní úroveň schopna hromadně vyrábět 6-palcové VB / VGF krystaly arsenidu gallia. V roce 2002 zveřejnil Freiberger světový první 8palcový arsenidový gálový monokrystal vyvinutý procesem VGF.