Получение арсенида галлия (стр. 3 из 3)
Многочисленные исследования посвящены процессам переноса предварительно синтезированного арсенида галлия иодом как в замкнутых ампулах, так и в проточных системах. Однако за последние годы установлено, что наилучшие результаты достигают при использовании в качестве реагента НСl, а в качестве газа носителя - водорода. Выбор HCl в качестве переносчика обусловлен тем, что он не конденсируется на холодных частях установки, как это имеет место для йода, его подачу в реакционную камеру можно точно дозировать и его можно очистить от следов влаги. Следует отметить, что промышленный НСl совершенно не приемлем, и наилучших результатов можно достичь, используя HСl, синтезированный из чистого Cl2 (получаемого, например, при диссоциации CuCl2) и чистого водорода. Применяемый водород следует очищать диффузией через палладий.
В качестве исходных материалов, подлежащих переносу, можно использовать следующие системы: а) кристаллы арсенида галлия; б) GaCl3+Ga+As; в) Ga+AsCl3.
Выбор исходных материалов определяется в первую очередь достижимой степенью чистоты тех или иных элементов или соединений. С этой точки зрения арсенид галлия, синтезированный методом сплавления компонентов и направленной кристаллизацией, не является вполне удовлетворительным.
Получение чистого галлия и чистого GaС13 освоено промышленностью. Кроме того, эти компоненты могут быть дополнительно очищены непосредственно перед проведением процесса. Загрязнение галлия при его взаимодействии с кварцевым контейнером будет тем меньше, чем ниже температура проведения процесса.
Получение чистого мышьяка все еще представляет определенные трудности, а его легкая окисляемость при контакте с воздухом приводит к дополнительным осложнениям. AsCl3 может быть эффективно очищен как ректификацией, так и последовательно проводимой направленной кристаллизацией. При использовании AsCl3 отпадает необходимость применения НСl.
Процесс проводится с помощью установки, изображенной на рис.2.4 Исходный галлий 6 и подложки 7 помещаются в кварцевую трубу, которая расположена в двузонной печи сопротивления. В кварцевый реактор подается смесь водорода и паров AsCl3. Для дозировки соотношения AsCl3/H2 поток водорода разделяется на две нити; по одной дозированное количество водорода подается непосредственно в реактор, а по другой сначала проходит через питатель, содержащий AsCl3, насыщается парами AsCl3, а затем смешивается с основным потоком водорода. Парогазовая смесь, попадая в реактор, нагретый до температуры Т1, подвергается реакции
2АsСl3+3Н2↔6НСl+2 (As).
При температуре T1=750 - 1000° С мышьяк выделяется в виде паров, которые практически целиком поглощаются жидким галлием до тех пор, пока не образуется насыщенный раствор мышьяка в галлии.
Рис. 24. Схема установки для изготовления эпитаксиальных пленок GaAs: 1 - баллон с водородом; 2 - блок тонкой очистки водорода; 3 - игольчатые натекатели; 4 - ротаметры; 5 - барботер с AsCl3; 6 - расплав галлия; 7 - подложки.
Выделяющийся при этом НСl реагирует с галлием в присутствии избытка водорода по реакции
Ga (ж) + HCl (г) → GaCl (г) + 1/2H2 (г)
Газообразный GaCl переносится в более холодную часть камеры (T2=T1 - 25÷50°) и частично диссоциирует:
3GaCl → 2Ga + GaСl3
После того как образовался насыщенный раствор мышьяка в галлии, свободный мышьяк переносится вместе с GaCl и во второй зоне происходит одна из двух возможных реакций:
3GaCl + 2As →2GaAs+GaCl3
3GaCl + 3As + 3/2H2→3HCl + 3GaAs.
В результате реакций стенки реакционной камеры и расположенные в камере подложки покрываются пленкой GaAs. Структурное совершенство пленок и их электрофизические свойства зависят от многих параметров: структурного совершенства состояния поверхности и химической чистоты подложки, чистоты реагентов и чистоты установки, скорости роста и постоянства условий роста (постоянство скорости потока, постоянство температуры).
Наиболее эффективным методом очистки поверхности подложки является газовое травление непосредственно в реакционной камере до начала процесса нанесения пленки. Для этого в начале эксперимента температура зоны осаждения должна превышать температуру первой зоны. Через аппарат пропускают парогазовую смесь в течение нескольких минут; после чего температуру зоны понижают до ее нормального значения и проводят процесс.
Заключение
Для изготовления различных приборов на арсениде галия можно использовать слои различной степени легирования. Поэтому выбор способа получения слоев может корреспондироваться с типом приборов, для которых они предназначены. Большой интерес представляет электрохимическое получение арсенида галлия для дальнейшего использования в пленочных преобразователях солнечной энергии.
Несмотря на то, что работы по арсениду галлия ведутся широким фронтом, его возможности далеко неисчерпанны.
Используемая литература
1. В.Н. Черняев, Л.В., Кожитов “ Технология получения эпитаксиальных слоев арсенида галлия и приборы на их основе." 1974 г.
2. Материал из Википедии - свободной энциклопедии. www.wikipedia.org 2009 г.
3. “Материалы Электронной Техники" В.В. Пасынков, В.С. Сорокин. 1986 г.
4. “Технология Материалов и Электронной Техники" А.В. Каменская, Новосибирский Государственный Университет 1999 г.