17) Молекулярно-лучевая эпитаксия.

Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) проводится в вакууме и основана на взаимодействии нескольких молекулярных пучков с нагретой монокристаллической подложкой.

Преимущества метода

Низкая температура процесса. Снижение температуры процесса уменьшает диффузию примеси из подложки и автолегирование. Это позволяет получать качественные тонкие слои.

Высокая точность управления уровнем легирования. Легирование при использовании данного метода является безинерционным (в отличие эпитаксии из газовой фазы), что позволяет получать сложные профили легирования.

Описание процесса МЛЭ

МЛЭ заключается в осаждении испаренных элементарных компонентов на подогретую монокристаллическую подложку. Этот процесс иллюстрируется с помощью рис. 1, на котором приведены основные элементы для получения соединения (GaAs).

Каждый нагреватель содержит тигель, являющийся источником одного из составных элементов пленки. Температура  нагревателей подбирается таким образом, чтобы давление паров испаряемых материалов было достаточным для формирования соответствующих молекулярных пучков. Испаряемое вещество с относительно высокой скоростью переносится на подложку в условиях вакуума. Нагреватели располагаются так, чтобы максимумы распределений интенсивности пучков пересекались на подложке.

Подбором температуры нагревателей и подложки получают пленки со сложным химическим составом. Дополнительное управление процессом наращивания осуществляется с помощью заслонок, расположенных между нагревателем и подложкой. Использование этих заслонок позволяет резко прерывать или возобновлять попадание любого из молекулярных пучков на подложку.

Аналогичным образом осуществляется МЛЭ кремния (см. рис. 2).

Сущность процесса состоит в испарении кремния и одной или нескольких легирующих примесей.

Низкой давление паров кремния и легирующих примесей гарантирует их конденсацию на относительно холодной подложке. 

Обычно МЛЭ проводят в сверхвысоком вакууме при давлении 10^-6 - 10^-8 Па. Температурный диапазон составляет 400 - 800 ºС. Технически возможно применение и более высоких температур, но это приводит к увеличению автолегирования и диффузии примеси из подложки.

18) Металлоорганическая эпитаксия

Эпитаксия газофазная (металлоорганическая)

1. разновидность эпитаксии как одного из нанотехнологических методов получения полупроводниковых гетероструктур;

2) разновидность метода химического осаждения из газовой фазы, при которой формируются эпитаксиальные пленки.

Описание

Газофазное эпитаксиальное наращивание на подложке монокристаллических слоев полупроводниковых веществ осуществляется из металлоорганических соединений в реакторе при пониженном давлении.

Газофазная эпитаксия первоначально разрабатывалась для выращивания кремния и арсенида галлия, сейчас применяется для выращивания большинства полупроводниковых материалов, используемых в микро- и оптоэлектронике. В реакторе располагаются подложки (тонкие срезы монокристалла), к которым поступает газовая смесь. При выращивании кремния основным компонентом газовой смеси является тетрахлорид кремния SiCl₄ или силан SiH₄, при выращивании арсенидов и фосфидов — алкилы соответствующих металлов (Ga(CH₃)₃, Al(CH₃)₃, Ga(C₂H₅)₃, In(C₂H₅)₃), а также арсин AsH₃ и фосфин PH₃. Газовая смесь при высокой температуре пиролитически разлагается вблизи поверхности роста, и элементы третьей группы взаимодействуют с элементами пятой группы, образуя соединения A^IIIB^V. В результате происходит послойное формирование полупроводникового соединения. С помощью газовой эпитаксии выращивают гетероструктуры GaAlAs/GaAs с квантовыми ямами для инжекционных лазеров, гетероструктуры GaAs/GaAlAs с селективным легированием, гетероструктуры с квантовыми точками, широкозонные полупроводниковые материалы на основе GaN для изготовления синих и зеленых светодиодов и коротковолновых лазеров.

Схема реактора установки газофазной эпитаксии.