Ви є тут

Комплексне легування в технології отримання гетероструктур для напівпровідникових інжекційних лазерів на основі GaAs-AlGaAs

Автор: 
Мрихін Ігор Олександрович
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2006
Артикул:
0406U001949
129 грн
Додати в кошик

Вміст

Глава 2.
Технологія і методика експерименту
2.1. Технологія рідинно-фазової епітаксії
та лабораторна установка для її відпрацювання
Рідинно-фазна епітаксія проводиться в резистивних печах горизонтального або
вертикального типу, температура яких задається відповідно до
температурно-часового режиму технологічного процесу. В своїх експериментах ми
використовували установку РФЕ горизонтального типу, схематично зображену на
рис. 2.1. У нашому випадку підтримка постійної в часі температури здійснювалася
згідно з пропорційним інтегрально-диференційним законом. Для цього
використовується блок БПРТ-1. Електродвигун обертає потенціометр БПРТ-1 і,
таким чином, задає температуру та забезпечує її плавну зміну. Швидкість зміни
температури задається механічним редуктором.
Рис.2.1. Схема установки РФЕ горизонтального типу
1 – резистивний нагрівник, 2 – натрієва теплова труба, 3 – фторопластовий
затвор, 4 – молібденові штоки для переміщення деталей касети, 5 – кварцова
трубка для подачі водню, 6 – касета для епітаксійного нарощування, 7 – кварцова
труба
Однорідність температури по довжині печі забезпечується натрієвою тепловою
трубою. Всередині теплової труби, згідно з її паспортними даними, розкид
температури не перевищує величину ±0.5 єC (довжина труби 400 мм, діаметр 70
мм). Вимірювання температури здійснюється термопарою, розташованою всередині
теплової труби (на рис.2.1 не показана). Значення температури, отримане з
термопари, бралось до уваги при подачі розплавів у процесі епітаксії. Друга
термопара, яка теж розташована в тепловій трубі, використовувалась для
зворотного зв’язку блоку БПРТ-1.
Розплави та підкладка, на яку відбувається нарощування епітаксійного шару,
розміщуються у кварцовій трубі. З одного боку ця труба заварена. З іншого боку
через герметичний фторопластовий затвор вводяться молібденові штоки для
переміщення деталей касети, ввідна та вивідна трубки для подачі водню.
Атмосфера в кварцовій трубі під час технологічного процесу забезпечується
системою очистки водню. Ця система складається з балону водню (вміст залишкових
газів 10-5 об’ємн.%), понижуючої рампи, паладієвого фільтра, пасток для
виморожування парів води та залишкового кисню. Оскільки температури епітаксії
низькі (500-700 єС), реакцією відновлення кварцу ми нехтуємо і використовуємо
сухий водень. Залишковий кисень у водні, навпаки, може створювати небажані
глибокі рівні в епітаксійних шарах. Тому в системі очистки водню
використовуються дві пастки для виморожування (T=77 К) на основі теплової труби
для зменшення точки роси від -60 єС на вході до -90 єС та на основі
активованого вугілля для зниження вмісту залишкового кисню [100]. Потік водню
при проведенні епітаксійних процесів зазвичай становив 10-20 л/год.
Матеріал касети, що містить розплави та підкладку, може бути різноманітний:
лейкосапфір, кварц, графіт з піролітично осадженим SiC, дрібнопористий графіт.
Найкращі результати, якщо оцінювати за рівнем фонової концентрації вільних
носіїв заряду в епітаксійних шарах, отримані на касетах з лейкосапфіру [62]. В
нашому випадку, коли нарощується багатошарова структура і касета складається з
багатьох рухомих частин, використання лейкосапфіру є ускладненим. Крім того,
розплави містять хімічно активний Al та домішки РЗЕ. Тому найзручніше
використовувати високочистий дрібнопористий графіт марки МПГ-8.
Конструкції касет, які використовуються в технології РФЕ, мають два принципові
різновиди: касета пенального типу та поршнева касета (рис.2.2).

Рис.2.2. Конструкції касет для проведення РФЕ: а, б – пенального, в –
поршневого типів[101-103]
а: 1 – молібденові штоки для переміщення деталей касети, 2 – розплави, 3 –
підкладка, 4 – корпус касети, 5 – слайдер. б: 1 – контейнер з розплавами, 2 –
тримач підкладок, 3 – розплав, 4 – підкладки. в: 1 – молібденові штоки для
переміщення деталей касети, 2 – розплави, 3 – контейнер з розплавами, 4 –
поршень, 5 – зливна щілина, 6 – підкладка, 7 – ростова щілина, 8 – ємкість для
зливу розплавів.
Перший тип касет в основному використовується для в’язких індієвих розплавів та
при визначенні діаграм розчинності методом підрозчинення. Заміна розплавів при
нарощуванні багатошарової структури здійснюється зсувом слайдера (рис.2.2.а)
або поворотом тримача підкладок (рис.2.2.б). Недоліком цього методу є можлива
поява меніскових ліній та подряпин епітаксійного шару при переміщенні слайдера.
До переваг слід віднести простоту конструкції касети та багаторазове
використання розплаву, що дає змогу нарощувати надґратки.
При вирощуванні з Ga розплавів частіше використовуються касети другого типу. В
них розплави замінюються, проштовхуючи один одного. Недоліками таких касет є
неможливість багаторазового використання розплавів та використання розплавів,
які, змішуючись в процесі проштовхування, утворять негативні перехідні шари. На
щастя шарів GaAs-AlGaAs це не стосується. Суттєвою перевагою такого підходу,
особливо для лазерних структур, є виключення можливості подряпин чи меніскових
ліній на епітаксійних шарах. Враховуючи цю перевагу, ми використовуємо касету
поршневого типу.
Важливою характеристикою конструкції касети є швидкість та простота заміни
розплавів. Найшвидше (соті долі секунди) заміна розплавів здійснюється у
касетах поршневого типу, особливо циліндричного типу (рис.2.2.б). Так, в [104]
квантоворозмірний шар InGaAsP нарощувався протягом часу порядку 50 мс. При
цьому використовувалась касета типу рис.2.2.б з приводом від коркового двигуна.
Поршнева касета, зображена на рис.2.2.в, вимагає багато переміщень для
здійснення заміни розплаві