Epitaksial tuzilmalarni legirlash

28
konsentratsiyasini qo’shimcha suyultirish va qatlamda konsentratsiya sathini
yaxshi boshqarish mumkinligini ta’minlaydi. Diboranli gaz aralashmasida
solishtirma qarshiligi 1 Om
∙sm dan katta bo’lgan kremniy qatlamlarini olib
bo’lmaydi. Shuning uchun qattiq va suyuq manbalardan foydalaniladi. Gaz
ko’rinishdagi manbalardan ko’p qo’llaniladigan arsenikdir. Gaz taglikka
yetkaziladi, ular sirtga yutiladi, dissotsiyalanadi:
2𝐴𝑠𝐻
3
→ 2𝐴𝑠 + 3𝐻
2
(2.12)
ozod bo’lgan arsenik kremniyning o’suvchi qatlam panjarasiga joylashadi.
Suyuq legirlash usulida legirlovchi kirishma manbayi sifatida galogenidlar
𝑃𝐶𝑙
3
,
𝑃𝑂𝐶𝑙
3
,
𝐵𝐵𝑟
3
va boshqa birikmalardan foydalaniladi. Galogenidlar
kremniy tetraxloridida yaxshi eriydi, oson bug’lanadi va o’tuvchi vodorod
oqimida to’yinadi. Manba kirishma bug’lari issiq sirtda vodorod bilan tiklanadi:
2𝑃𝐶𝑙
3
+ 3𝐻
2
→ 2𝑃 + 6𝐻𝐶𝑙 (2.13)
Galogenidlar yuqori bug’ bosimiga ega bo’lib temperaturaga kuchli
bog’liq, shuning uchun temperaturaning ozgina o’zgarishi o’suvchi qatlamda
kirishma konsentratsiyasining keskin o’zgarishiga olib keladi. Keyingi vaqtda
bor bilan legirlash uchun bug’ bosimi temperaturaga kuchsiz bog’liq bo’lgan
yuqori teperaturada qaynovchi birikmalar qo’llanilmoqda. Bu birikmalar olingan
kremniy qatlam solishtirma qarshiliklari 0,005 dan 5 Om
∙sm oralig’ida yotadi.
Gaz razryadli usulda qattiq manbalar sifatida
B
4
C, AlB
2
, Sb+(1...2)% As
qotishma va boshqalar ishlatiladi. Ular gaz razryadli kamerada elektrodlar
vazifasini o’taydi. Ishchi reaktorli qurilmaga ulangan elektrodlar orasiga impuls
kuchlanish berish natijasida kamerada uchqunli razryad yuz beradi. Uchqunli
razryad plazmasida elektrod materiallar qisman bug’lanadi. Vodorod bilan
ko’chuvchi bug’lar qurilmaning reaksiya zonasiga yetadi. U yerda ularning erkin
legiranuvchi kirishmalarga ajralishi bilan yoyilish yuz beradi. Kirishma
29
konsentratsiyasini elektrodlar orasidagi masofani o’zgartirish, elektrodlarga
berilayotgan kuchlanish, takroriylik va impulslar davomiyligi berish hamda gaz
razryadli kamera orqali o’tayotgan vodorod oqimi tezligi bilan boshqarish
mumkin.
Kremniy n-o’tkazuvchanlikdagi qatlamni olish uchun elektrod materiallar
sifatida surmali Sb+0,1%P yoki Sb+l%As, hamda GaP, GaAs yoki InSb
qotishmalaridan foydalaniladi. Gazli uchqun razryad bu moddalar sochilishi
tufayli parchalanadi, bunda P, As va Sb vodorod bilan birikib gidridlar hosil
qilib, elektrodlar orasida ko’chadi. Taglik zonasida gidridlar sochiladi va
kirishmalar o’suvchi kremniy qatlamiga kiradi. Galliy gidridlar hosil qilmaydi
va kameradan epitaksial qatlamlarni olish uchun lantan borid
LaB
6
, alyuminiy
borid
AlB
2
, bor karbidi
B
4
C elektrodlaridan foydalaniladi. Bunda bor vodorod
bilan diboran hosil bo’ladi. Gaz fazada kiritilayotgan kirishmalar zichligini
uchqun razryad takroriyligini boshqarish bilan o’zgartirish mumkin.
A
III
B
V
turdagi kimyoviy birikmalarning qo’llanilish sohalari uzluksiz
kengayib bormoqda. Hozirgi vaqtda optoelektronikada informatsiyaning tasvirli
tizimlari, nurlanish manbalari va qabul qilgichlar, yarimo’tkazgichli lazerlar va
boshqalar yaratilishida keng foydalanilmoqda. Yuqoridagi barcha qurilmalarda
yarimo’tkazgichli tuzilma faol ishtirok etadi, odatda eng kamida ikkita avto-
yoki geteroepitaksial qatlam mavjud.
A
III
B
V
turdagi birikmalar va ular asosidagi qattiq eritmalarni ularning erish
temperaturasi va bug’lanish bosimining balandligi tufayli elementlardan
to’g’ridan-to’g’ri sintez qilish murakkabdir. Galliy arsenidi havoda 300°C
temperaturada qizdirilsa oksidlanadi, 600°C dan boshlanib arsenik ajralib
chiqish bilan birikma bug’lana boshlaydi. Suyulish temperaturasida bug’ bosimi
105 Pa ni tashkil qiladi.
GaP suyulish temperaturasida fosfor bug’ining bosimi
3.5 ∙ 10
6
Pa tashkil
qiladi. Suyultma holidagi GaAs va GaP barcha konteyner materiallar bilan juda
faol va o’zaro ta’sirda bo’la boshlaydi.
A
III
B
V
texnologiyasida qo’llanilayotgan
sun’iy kvars qotishma GaAs ni kremniy bilan ifloslantiradi.
30
Yuqoridagi qiyinchiliklarni birikmaning suyulishi erish temperaturasidan
pastroq temperaturada gaz fazadan
A
III
B
V
turdagi birikmalar epitaksial
qatlamlarini o’stirishda yo’qotish mumkin.
GaAs va qattiq eritmalar asosida gaz fazada epitaksiya olishda gaz
tashuvchi sifatida vodoroddan foydalanilgan holda xlorid va xlorid gidrid tizimi
o’tqazish mumkin. Bu usulning asosiy afzalligi foydalanilayotgan dastgohning
soddaligi; oqim tezligini va birikma-tashuvchi zichligini o’zgartirish yo’li bilan
qatlam o’sishi jarayonini boshqarish mumkinligi; turli kirishmalar bilan
legirlash; uzluksiz jarayonda ko’p qatlamli tuzilmalarni olish; jarayonni
avtomatlashtirish; yedirishning osonligi va boshqalar kiradi.
Endi qisqacha asosiy reagentlar tizimida kimyoviy aylanishlar va
epitaksiyaning bir qancha kinetik xususiyatlariga to’xtalamiz.
Ga − AsCl
3
− H
2
tizimlari afzalliklari bitta reaktorda
AsCl
3
ni vodorodli
tiklanishida tozalash usulida chuqur tozalikda
AsCl
3
va yuqori tozalikda arsenik
va vodorod xloridi olish mumkinligidir. Bu tizimda galliy arsenidi epitaksial
qatlamini olish qurilmasi 2.5-rasmda ko’rsatilgan. Reaktor uchta qizish zonasiga
ega. Uning kirishiga vodorodli bug’ AsCl
3
aralashma keladi va birinchi zonada
quyidagi reaksiya sodir bo’ladi:
2𝐴𝑠𝐶𝑙
3
+ 3𝐻
2
→ 6𝐻𝐶𝑙 + (1 2
⁄ )𝐴𝑠
4
(2.14)
Ikkinchi zonada birinchi zonadan kelgan vodorod xloridi eritma galliy bilan
o’zaro ta’sirlashadi. 700°C dan yuqori temperaturada ortiqcha galliy mahsuloti
ta’sirida galliy subxloridi paydo bo’ladi:
𝐺𝑎 + 𝐻𝐶𝑙 → 𝐶𝑎𝐶𝑙 + (1 2
⁄ )𝐻
2
(2.15)