Processo di preparazione del materiale arsenuro di gallio
Dal 1950, sono stati sviluppati una varietà di metodi di crescita singolo cristallo di arseniuro di gallio. Processi di crescita industriale mainstream correnti includono liquido-sigillato dritto-disegno (LEC), metodo Brijman orizzontale (HB), metodo di Brijman verticale (VB) e solidificazione gradiente verticale (VGF).
1. liquido sigillato Czochralski (LEC)
Il metodo LEC è il processo principale per la coltivazione di cristallo singolo non drogati semi-isolante arseniuro di gallio (SI GaAs). Attualmente, più di 80% dei monocristalli dell'arsenuro di gallio semi-isolante sul mercato sono coltivate con il metodo LEC. Il metodo LEC utilizza un riscaldatore di grafite e un crogiolo PBN e utilizza B2O3 come un agente sigillante liquido per realizzare la crescita del cristallo di arseniuro di gallio in un'atmosfera di argon di 2 MPa. Il vantaggio principale del processo di LEC è che ha un'elevata affidabilità ed è facile da coltivare lungo-diametro monocristalli. Il contenuto di carbonio di cristallo è controllabile e le caratteristiche semi-isolante dei cristalli sono buone. I principali svantaggi sono: la dose chimica è difficile da controllare, il gradiente di temperatura del campo termico è grande (100 ~ 150 K/cm), e la densità di dislocazione del cristallo è alto e irregolare. Hitachi Cable Co., Ltd. del Giappone fondata una linea di produzione del cristallo singolo GaAs LEC 6 pollici nel 1998. L'azienda ha installato fornace di cristallo singolo GaAs più grande del mondo a quel tempo, con un diametro di 400mm, una capacità di alimentazione di 50 kg e una crescita di singolo da 6 pollici. La lunghezza di cristallo raggiunge 350 mm. Nel 2000, Freiberger segnalato il singolo cristallo di arseniuro di gallio di 8 pollici sviluppato dal primo processo di LEC del mondo.
2. orizzontale Bridgman (HB)
Il metodo di HB era una volta il processo principale per la produzione di massa del singolo cristallo di semiconduttore (bassa resistenza) arseniuro di gallio (GaAs SC), utilizzando barche quarzo e tubi al quarzo a crescere sotto pressione normale, con elevata affidabilità e stabilità. Il vantaggio del metodo HB è che il vapore di arsenico può essere utilizzato per controllare con precisione il rapporto stechiometrico del corpo, e il gradiente di temperatura è piccolo per raggiungere lo scopo di ridurre le dislocazioni. La densità di dislocazione del singolo cristallo di arseniuro di gallio HB è più di un ordine di grandezza inferiore a quello del singolo cristallo di arseniuro di gallio LEC. Lo svantaggio principale è che i maschi crescono cristalli singoli non drogati semi-isolante arseniuro di gallio, e l'interfaccia di cristallo cresciuto è cognome D, che causerà un grande spreco di materiale nel processo di elaborazione in wafer. Allo stesso tempo, è difficile crescere cristalli di grande diametro a causa della capacità portante di barche quarzo ad alte temperature. Attualmente, la produzione di massa del processo di HB è principalmente nel caso di 2 pollici e 3 pollici cristalli e l'arseniuro di gallio massima segnalata di arseniuro di gallio è di 4 pollici. Allo stato attuale, non ci sono molte aziende che utilizzano il processo di HB per la produzione di materiali di arseniuro di gallio. Con la maturità dei processi di VB e VGF, il processo di HB è stato gradualmente sostituito.
3. verticale Bridgman (VB)
Il metodo VB è un processo di crescita di cristallo che è stato sviluppato nel tardo 1980. I cristalli di polycrystal, B2O3 e seme di sintetizzato arseniuro di gallio erano confezionati in crogiolo PBN e sigillati in una bottiglia di materiale aspirato al quarzo. Il corpo della fornace è stato disposto verticalmente. Il filo è riscaldato da una resistenza del filo, e la bottiglia di quarzo è posto verticalmente al centro del corpo del forno. Ad alta temperatura, il polycrystal arseniuro di gallio è fuso e quindi fuso con il cristallo di seme, e quindi il cilindro di quarzo e il crogiolo sono commosso verso il basso l'asta di sostegno attraverso un meccanismo di manovra. Sotto un certo gradiente di temperatura, il singolo cristallo cresce lentamente dall'estremità di cristallo di seme. Il metodo VB può crescere un singolo cristallo di arseniuro di gallio di bassa resistenza o un singolo cristallo di arseniuro di gallio semi-isolante ad alta resistenza. L'EPD medio del cristallo è inferiore a 5.000/cm-2.
4. verticale solidificazione di sfumatura (verticale Gradient Freeze, indicato come VGF)
Il campo di applicazione e principio del processo VGF e il processo VB è fondamentalmente simile. La più grande differenza è che il metodo VGF Annulla il meccanismo di trasporto caduta di cristallo e il meccanismo di rotazione. Il computer controlla precisamente il campo termico raffreddare lentamente, e l'interfaccia di crescita si muove verso l'alto dalla parte inferiore della massa fusa per completare lo sviluppo di cristallo. Questo processo rende l'interfaccia di crescita di cristallo più stabile grazie all'eliminazione del meccanismo di trasmissione meccanica ed è adatto per la coltivazione di ultra-bassa dislocazione GaAs singolo cristallo. Lo svantaggio dei processi VB e VGF è che lo sviluppo di cristallo non può essere osservato e giudicato durante il processo di crescita del cristallo, e il periodo di crescita del cristallo è lungo. Allo stato attuale, il livello commerciale internazionale è stato in grado di produrre in massa da 6 pollici cristalli di VB/VGF arsenuro di gallio. Nel 2002, Freiberger segnalato primo arsenuro di gallio 8-inch singolo cristallo del mondo sviluppato da processo VGF.