термическое разложение индивидуального МОС по схеме
RnInAs®InAs+nRH------(23)
разложение происходит в атмосфере водорода;
реакции элементоорганических производных, имеющими подвижный водород по схеме
(C2H5)3In+AsH3®InAs+3C2H6;------(24)
совместное разложение двух или более МОС или гидридов, приводящее к образованию твердых растворах на их основе.
В качестве источников индия и мышьяка для выращивания эпитаксиальных структур используются метил- и этил производные, эфираты триметил индия. Последние соединения в сравнении с триметилиндия более технологичны, так как менее реакционно способны и удобнее как в процессе очистки, так и при проведении процесса эпитаксиального наращивания.
Как правило, процесс осаждения термическим разложением МОС осуществляется в атмосфере водорода. Возможно проведение процесса также в смеси водорода и азота или только в азоте.
В зависимости от условий проведения процесса термического разложения арсенид индия может быть получен как в виде порошка, так и в виде эпитаксиально выращенных слоев.
Одним из преимуществ метода является легкость проведения легирования в процессе эпитаксиального наращивания. С этой целью применяют широкий ассортимент алкильных соединений элементов.
Из рассмотренных диаграмм парциальных давлений для хлоридного, хлоридно-гидридного метода и пиролиза триметилиндия с арсином в водороде следует, что максимальную область осаждения арсенида индия имеет система (CH3)3In-(CH3)3As-H2, минимальную система In-AsCl3-AsH3-H2. Из этого следует, что с учетом ограничений связанных с кинетикой, процесс получения эпитаксиальных структур арсенида индия с использованием МОС менее критичен к температуре, давлению и концентрации реагентов, а осуществление этого процесса возможно в более широком диапазоне, чем в случае хлоридного метода.
Важным вопросом с точки зрения развития метода получения эпитаксиальных структур арсенида индия с использованием МОС является возможность загрязнения слоев углеродом. Термодинамическим анализом процесса получения арсенида индия по реакции
(CH3)3In+AsH3®InAs+3CH4------(25)
показано, что переход углерода в слои арсенида индия за счет вторичных превращений углеводородов (метана, этана, этилена) в присутствии избытка арсина и водорода невозможно.
Получение эпитаксиальных полупроводниковых структур с использованием МОС открывает возможности стимулирования процессов газофазного выращивания под воздействием электромагнитного поля, лазерного и ультрафиолетового облучения.
Основными особенностями и преимуществами метода являются:
простота конструкции реактора с одной высокотемпературной зоной;
более низкая температура процесса, что уменьшает эффект самолегирования, улучшает профиль распределения концентрации по толщине слоя;
возможность независимой регулировки исходных компонентов, что обеспечивает возможность получения эпитаксиальных слоев с любым заданным профилем распределения концентрации носителей заряда по толщине слоя;
отсутствие травящих агентов (HСl) в системе позволяет осуществлять рост эпитаксиальных слоев на гетероподложках;
возможность получать субмикронные эпитаксиальные слои (0.2-0.8 мкм), величина переходной области подложка-слой составляет 0.03-0.1 мкм.
Жидкофазная эпитаксия арсенида индия.
Несмотря на то, что получение эпитаксиальных слоев из паровой фазы является основным направлением в технологии изготовления полупроводниковых приборов процесс эпитаксиального оста из жидкой фазы в ряде случаев обладает некоторыми преимуществами к примеру
при получении сильнолегированных слоев;
p-n переходов высокого качества.
Выращивание эпитаксиальных слоев арсенида индия производится с использованием легкоплавких металлов или их смесей, которые могут быть как донорными так и акцепторными примесями в получаемых слоях.
На качество и электрофизические свойства эпитаксиальных слоев, выращиваемых из жидкой фазы, влияют следующие факторы:
скорость охлаждения раствора-расплава;
начальная равновесная температура раствора-расплава;
увеличение веса растворяющего вещества сверх равновесного значения;
соотношение объема расплава и контактирующей площади поверхности подложки с расплавом;
физико-химическая природа растворителя и растворимого вещества;
металлографическое состояние поверхности подложки;
чистота используемых в процессе веществ и конструкционных материалов.
Электронографические и металлографические исследования установили, что слои выращенные в высокотемпературных областях, имеют более совершенную структуру по сравнению с теми, которые которые получены в низкотемпературных областях.
Молекулярно лучевая эпитаксия арсенида индия.
МЛЭ - один из современных и много обещающих технологических методов выращивания тонких монокристаллических полупроводниковых структур.
Для осаждения эпитаксиальных пленок в МЛЭ используются управляемое испарение из термического источника (или одновременное испарение из нескольких источников) в условиях сверхвысокого вакуума.
Держатель подложки и источники атомных или молекулярных пучков - испарительные ячейки - находятся в условиях сверхвысокого вакуума, получаемого ионной откачкой. Испарительные ячейки представляют собой небольшие нагреваемые камеры (“стаканы”), открытые в сторону подложки. С целью уменьшения теплового взаимодействия и предотвращения взаимного загрязнения испарительные ячейки разделяют экранами, охлаждаемыми жидким азотом. Такой же экран помещают позади держателя образца для уменьшения загрязнения остаточной атмосферы в камере. С этой же целью держатели источников, подложки изготавливают из материалов с низким давлением паров, таких, как алунд, тантал, графит. Рабочий вакуум в ростовой камере близок к 10-8Па.
Для контроля молекулярных или атомных пучков и выращиваемых слоев непосредственно в процессе выращивания используются дифрактометр электронов высоких энергий “на отражение”, масс-спектрометр, оже-спектрометр и ионный вакуумметр, контролирующий нейтральные атомные пучки.
Возможность контроля непосредственно в процессе выращивания - одно из значительных преимуществ МЛЭ. В случае МЛЭ температура подложки может быть сравнительно невысокой (500-600ОС), что приводит к низкой скорости роста (порядка 0.1 нм/с) и низкой скорости объемной диффузии. Основная заслонка и заслонки испарительных ячеек позволяют очень быстро перекрывать пучки. Это дает возможность изменять состав или уровень легирования выращиваемых структур буквально на межатомном расстоянии.
При выращивании слоев арсенида индия методом МЛЭ атомы индия и молекулы As2 и As4 попадают на подложку арсенида галлия (100). К поверхности прилипают практически все атомы индия. Поток атомов мышьяка является избыточным и только один атом As на каждый атом In остается на подложке, формируя стехиометрический состав выращиваемого слоя. Интенсивность молекулярных пучков и, следовательно, скорость осаждения можно варьировать, меняя температуру индиевого источника. Обычно плотность потока индия близка к 1015 атом.(см2×с), а мышьяка она в 5-10 раз выше.
В качестве доноров при выращивании арсенида индия методом МЛЭ используют элементы IV групп, такие, как Si, Ge и Sn. Они могут входить в подрешетку индия или мышьяка, и тип легирования будет зависить от соотношения вакансий индия и мышьяка. Наименее чувствительно к этому соотношению олово, введение которого дает материал n-типа. Самой распространенной донорной примесью, по-видимому, кремний, при его использовании достигается наиболее высокая подвижность при температуре жидкого азота, которая обычно считается основным параметром, характеризующим качество арсенида индия.
Концентрация электронов в слоях арсенида индия, выращенных методом МЛЭ, может превышать 5×1018 см-3, что значительно больше той концентрации, которая достигается при использовании газофазной эпитаксии.
Еще одним преимуществом МЛЭ является сглаживание поверхности арсенида индия в процессе роста. Благодаря этому свойству метод МЛЭ особенно удобно использовать при выращивании гетеропереходов, сверхрешеток и многослойных структур. Как и в случае остальных эпитаксиальных методов, решающим для качества будущей пленки является качество приготовления подложки.