Оборудование для жидкофазной эпитаксии

Метод жидкофазной эпитаксии в последнее десятиле­тие нашел широкое распространение в технологии полупроводни­ковых приборов, например при изготовлении люминесцентных и фотоэлектрических приборов на основе полупроводниковых сое­динений A^IIIB^V и их твердых растворов или силовых полупровод­никовых приборов на кремнии.

Процесс жидкофазной эпитаксии можно разделить на следу­ющие этапы. Полупроводник, легирующая примесь и добавки (растворенные вещества) расплавляются в соответствующем лег­коплавком, химически инертном к раствору и подложке вещест­ве, чаще всего в металле (растворитель). Расплав выдерживают при температуре приготовления до полной гомогенизации. После этого раствор-расплав приводится в контакт с подложкой, сма­чивая ее. После установления теплового равновесия при темпе­ратуре смачивания возможно в случае необходимости травление подложки за счет подъема температуры и создания ненасыщен­ного по растворенному веществу расплава или эпитаксиальный рост растворенного вещества на подложку за счет снижения тем­пературы и создания пересыщенного раствора-расплава. Приме­си для получения легированных эпитаксиальных слоев вводятся в раствор-расплав во время приготовления шихты до ее расплав­ления или из газовой фазы. После осаждения эпитаксиального слоя избыточный раствор-расплав удаляют с подложки, затем подложку с осажденным слоем охлаждают до комнатной темпе­ратуры.

Современная установка для жидкофазной эпитаксии должна обеспечить:

– высокую производительность процесса;

– диапазон рабочих температур в реакторе 1500–1573 К;

­– проведение процесса в чистой инертной или восстановительной атмосфере с содержанием кислорода менее 1∙10^-4 %;

– программированный автоматический подъем или снижение температуры раствора-расплава со скоростью 0,1– 4,0 К/мин;

– контакт свежеобразованной поверхности раствора-расплава, свободной от окисной пленки, с подложками и деконтацию ис­пользованного расплава;

– длину рабочей тепловой зоны более 500 мм с распределением температуры ±0,25°С;

– вращение кассеты с подложками в случае вертикального рас­положения исходных подложек в кассете.

Установка жидкофазной эпитаксии, схема которой изо­бражена на рис. 103, состоит из камеры или реактора для огра­ничения рабочего объема, нагревательного элемента (печь сопро­тивления 1); системы прецизионного контроля и регулирования темпера-туры, системы вакуумирования и газоснабжения; кассе­ты 3 для размещения подложек и раствора-расплава, устройств для вращения кассеты с подложками или перемещения элемен­тов кассеты.

Наиболее распространенным методом получения эпитаксиаль­ных слоев арсенида галлия из жидкой фазы является кристалли­зация из переохлажденных насыщенных растворов в системе от­крытого типа. Для арсенида галлия интервал рабочих темпера­тур эпитаксии 973—1223 К. Для арсенида галлия наилучшим рас­творителем является галлий, обладающий низкой температурой плавления (302,5 К), высокой температурой кипения (2510 К) и низким давлением пара (0,01–0,6 Па в интервале рабочих тем­ператур). Влияние примесей сводится к минимуму, поскольку гал­лий является компонентом кристаллизуемого соединения. При этом применяют особо чистый галлий. В качестве материала кон­тейнера используют графит, который не омачивается галлием и не растворяется в нем в интервале рабочих температур процесса жидкофазной эпитаксии.

Схема кассеты для разовой загрузки шихты для жидкофаз­ной эпитаксии арсенида галлия приведена на рис.7.7. Процесс жидкофазной эпитаксии осуществляется следующим образом. Графитовую кассету с размещенными на ней подложками арсе­нида галлия и шихтой расплава загружают в трубчатую водо­родную электропечь, снабженную приспособлением для наклона на требуемый угол. В процессе нагрева до заданной температуры шихта расплавляется. Шихта составляется таким образом, что­бы содержание арсенида галлия в расплавленном галлии было близким к равновесному, взятому из диаграммы состояния при заданной температуре. После небольшой выдержки угол наклона печи изменяют так, чтобы расплав переместился в отделение с подложкой и полностью ее покрыл.