半导体材料外延生长

《半导体材料外延生长》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、半导体材料III-V族化合物半导体的外延生长第七章III-V族化合物半导体的外延生长内容提要：气相外延生长VPE卤化物法氢化物法金属有机物气相外延生长MOVPE液相外延生长LPE分子束外延生长MBE气相外延生长气相外延生长(vaporphaseepitaxy,VPE)发展较早，主要有以下三种方法：卤化物法(Ga/AsCl3/H2体系)氢化物法(Ga/HCl/AsH3/H2体系)金属有机外延法卤化物法外延生长GaAsGa/AsCl3/H2体系气相外延原理及操作高纯H2经过AsCl3鼓泡器，把AsCl3蒸气携带入反应室中，它们在300~5

2、00℃的低温就发生还原反应，4AsCl3+6H2=As4+12HCl生成的As4和HCI被H2带入高温区(850℃)的Ga源(也称源区)处，As4便溶入Ga中形成GaAs的Ga溶液，直到Ga饱和以前，As4不流向后方。4Ga+xAs4=4GaAsx(x<1)而HCI在高温下同Ga或GaAs反应生成镓的氯化物，它的主反应为2Ga+2HCl=2GaCl+H2GaAs+HCl=GaCl+¼As4+½H2卤化物法外延生长GaAsGaCI被H2运载到低温区，如此时Ga舟已被As饱和，则As4也能进入低温区，GaCI在750℃下发生歧化反应，生成

3、GaAs，生长在放在此低温区的衬底上(这个低温区亦称沉积区)，6GaCl+As4=4GaAs+2GaCl3有H2存在时还可发生以下反应4GaCl+As4+2H2=4GaAs+HCl反应生成的GaCl3被输运到反应管尾部，以无色针状物析出，未反应的As4以黄褐色产物析出。氢化物法外延生长GaAs氢化物法是采用Ga／HCI／AsH3／H2体系，其生长机理为Ga(l)+HCl(g)=GaCl(g)+½H2(g)AsH3(g)=¼As4(g)+3/2H2(g)GaCl(g)+¼As4(g)+½H2(g)=GaAs(s)+HCl(g)这种方法，

4、Ga(GaCI)和As4(AsH3)的输入量可以分别控制，并且As4的输入可以在Ga源的下游，因此不存在镓源饱和的问题，所以Ga源比较稳定。卤化物和氢化物法生长GaAs除了水平生长系统外，还有垂直生长系统，这种系统的基座大都是可以旋转的，因此其均匀性比较好。金属有机物化学气相沉积金属有机物化学气相沉积(MetalOrganicChemicalVaporDeposition，MOCVD)自20世纪60年代首次提出以来，经过70年代至80年代的发展，90年代已经成为砷化镓、磷化铟等光电子材料外延片制备的核心生长技术，特别是制备氮化镓发光二

5、极管和激光器外延片的主流方法。到目前为止，从生长的氮化镓外延片和器件的性能以及生产成本等主要指标来看还没有其它方法能与之相比。MOVPE技术MOVPE(MetalorganicVaporPhaseEpitaxy)技术是生长化合物半导体薄层晶体的方法，最早称为MOCVD。近年来从外延生长角度出发，称这一技术为MOVPE。它是采用Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V族、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长的源材料，以热分解方式在衬底上进行外延生长Ⅲ一V族，Ⅱ一Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元化合物的薄层单晶。Ⅱ族金属有机化合物一般使用它们的烷基化合物，

6、如Ga、Al、In、Zn、Cd等的甲基或乙基化合物：Ga(CH3)3、Ga(C2H5)3等，金属有机化合物的名称及其英文缩写三甲基镓Tri-methyl-galliumTMG．TMGa三甲基铟Tri-methyl-indiumTMI．TMIn三甲基铝Tri-methyl-alumiumTMAI三乙基镓Tri-ethyl-galliumTEG．TEGa三乙基铟Tri-ethyl-indiumTEI．TEIn二甲基锌Di-methyl-zincDMZn二乙基锌Di-ethyl-zincDEZn二甲基镉Di-methyl-cadmiumDM

7、CA二乙基镉Di-ethyl-cadmiumDECAMOVPE的特点MOVPE具有下列的特点：(1)可以通过精确控制各种气体的流量来控制外延层的性质用来生长化合物晶体的各组分和掺杂剂都以气态通入反应器。因此，可以通过精确控制各种气体的流量来控制外延层的成分、导电类型、载流子浓度、厚，度等特性。可以生长薄到零点几纳米，纳米级的薄层和多层结构。(2)反应器中气体流速快，可以迅速改变多元化合物组分和杂质浓度反应器中气体流速快，因此，在需要改变多元化合物组分和杂质浓度时，反应器中的气体改变是迅速的，从而可以使杂质分布陡峭一些，过渡层薄一些，这

8、对于生长异质和多层结构无疑是很重要的。MOVPE的特点(3)晶体生长是以热分解方式进行，是单温区外延生长，需要控制的参数少，设备简单。便于多片和大片外延生长，有利于批量生长。(4)晶体的生长速度与金属有机源的供给量成正比