Technologia wytwarzania półprzewodnikowych struktur optoelektronicznych - wykład

3. Technologia wytwarzania półprzewodnikowych struktur
optoelektronicznych
3.2 Podłoże – wymagania
Z definicji epitaksji wynika, że powinny być spełnione poniższe warunki:
•
•
Struktura krystalograficzna podłoża i warstwy należą do tej samej
grupy przestrzennej, czyli oba materiały krystalizują w tej samej
strukturze.
Wymiary komórek elementarnych podłoża i warstwy są do siebie
zbliżone. Dopuszczalna różnica parametrów komórek zależy od
właściwości materiałów (odporności na stres, współczynniki
rozszerzalności termicznej itp.).
Przyjmuje się jednak pewne graniczne wartości różnic zwanych
niedopasowaniem sieciowym , które definiowane jest jako stosunek
różnicy parametru sieci warstwy i parametru sieci podłoża do średniego
parametru warstwy i podłoża:
gdzie:
aL - parametr sieci warstwy,
aS - parametr sieci podłoża,
aav - wartość średnia parametru sieci, aav=(aL+aS)/2.
15
W technice epitaksji z fazy ciekłej LPE:
o
o
dla ε nie większe niż 10-3 osadzanie nie powoduje powstawania
nowych defektów w rosnącej warstwie,
dla ε nie mniejsze niż 10-3 w warstwie przejściowej między
podłożem a osadzaną warstwą generowane są dyslokacje lub
utrudnione jest zarodkowanie.
W technikach MOVPE i MBE, w których możliwe jest uzyskanie dużo
wyższych przesyceń niż w LPE, granicą jest ε nie większe niż 10-1.
•
•
•
•
Zarodki najchętniej lokują się w miejscach energetycznie najbardziej
korzystnych, tzn. na defektach sieci i zanieczyszczeniach. Mogą to być
zerwane wiązania w krysztale np. stopnie atomowe na powierzchni,
defekty sieci. Ogólnie rzecz biorąc, defekty są odtwarzane przez
rosnąca warstwę. Podłoże powinno być więc możliwie bezdefektowe i
mieć czystą powierzchnię.
Konieczna jest stabilność temperaturowa podłoża w temperaturach
epitaksji.
Możliwie zbliżone współczynniki liniowej rozszerzalności termicznej
podłoża i warstwy.
Stabilność chemiczna podłoża w obecności reagentów.
Odwzorowywane są defekty, a w szczególności defekty śrubowe, na
których proces zarodkowania zachodzi szczególnie chętnie, ze względu na
najniższą potrzebną energię formowania zarodka. Praktycznie rzecz
biorąc zawsze obserwuje się w warstwach epitaksjalnych defekty
śrubowe. Rosną one aż do powierzchni warstwy.
W technikach osadzanie z fazy gazowej często stosowanym zabiegiem
jest użycie podłoży skośnych, tzn. pochylonych. Powierzchnia podłoża
nie ma dokładnej orientacji np. (100) dla GaAs, ale orientację (100) z
odchyłką o 2-4 stopni kątowych w stronę osi [110].
16
Co to daje? Przy takim cięciu monokryształu na powierzchni podłoża
uwidaczniają się stopnie atomowe. Charakteryzują się one zerwanymi,
niewysyconymi wiązaniami chemiczno-krystalicznymi. Osiadające na
powierzchni podłoża aglomeraty np. GaAs czy też pojedyncze atomy galu
lub arsenu migrują po powierzchni (przy sprzyjających warunkach odpowiednia temperatura i czas) w stronę krawędzi stopni atomowych i
tam podłączają się do kryształu podłoża. Zarodziowanie, które odbywa się
w ten sposób, przyspiesza wzrost warstwy nawet o ... zobacz całą notatkę