роста сказывается на стехиометрии (в случае эпитаксии бинарных соединений) и составе (в случае кристаллизации твердых растворов), что обусловлено •изменением композиции расплава.

Анализ экспериментальных данных, систематизированных в работе [85], позволяет сделать ряд выводов: 1) потери из расплава легколетучих элементов V группы зависят от состава расплава; 2) длительная выдержка первоначально насыщенного расплава при температуре ликвидус приводит к тому, что с течением времени он становится ненасыщенным по элементу V группы, что может вызвать подрастворение подложки при приведении ее в контакт с расплавом; 3) уменьшение содержания элемента V группы в процессе роста -может привести к изменению состава кристаллизующегося твердого раствора.

Приведенные выше данные в первом приближении дают представление об эффектах первого порядка, влияющих на особенности кристаллизации, соединений АШВ и "их твердых растворов в методе ЖФЭ. Вместе с тем, как показали последние исследования, при получении структурно совершенных эпитаксиальных слоев с малым рассогласованием постоянных решетки подложки и слоя первостепенное значение приобретают более тонкие эффекты, связанные с особенностями зародышеобразования на кристаллических подложках с различной ориентацией (так называемые ориентационные эффекты). То, что скорость роста эпитаксиального слоя существенно зависит от кристаллографического направления ориентированной подложки, было установлено еще на начальном этапе становления жидкостной эпитаксии как технологического метода. Последние исследования позволили установить, что и характер сегрегационных явлений в многокомпонентных системах также зависит от ори-ентации подложки. Так, применительно к широкозонным твердым растворам Ini xCaj:P было выявлено [85], что коэффициент сегрегации Ква возрастает при переходе от ориентации (П1) к ориентации (100) примерно на 3%. Таким образом, для прецизионного согласования постоянных решетки слоя и подложки при ЖФЭ учет ориентационных эффектов принципиально необходим.

Аппаратурное оформление процесса ЖФЭ достаточно простое. Установки с горизо«тальными кварцевыми реакторами конструируются на базе серийных 4-трубных диффузионных печей типа СДО-125/4 и дополнительно снабжены блоками программирован-ного изменения температуры, газовыми пультами измерения и регулирования подачи водорода и легирующих газов, нагревателями для испарения цинка и т. д. Кассеты для процесса ЖФЭ изготавливаются из особо чистого графита марки МПГ-6 или МПГ-7. В одну кассету могут быть загружены подложки общей площадью от 300 до 800 см. Процесс ведется в проточной системе в атмосфере водорода, прошедшего очистку через палладиевые фильтры и имеющего точку росы не больше -55° С.

Современный уровень промышленной технологии получения структур методом ЖФЭ характеризуется высокими техническими показателями. Так, при эпитаксии структур GaP: N выход годных составляет более 70% при расходах материалов (без учета подложки) на 1 си\ г: Ga - 0,05...0,1; GaP -0,005...0,01 [92]. Несмотря на наиболее широкое использование указанной разновидности метода ЖФЭ, ему присущ один существенный недостаток, 88

который в наибольшей степени проявляется при эпитаксии многокомпонентных твердых растворов: существенная температурная зависимость коэффициентов сегрегации препятствует получению однородных пленок достаточно большой толщины. Устранения указанного недостатка можно добиться с помощью ЖФЭ в температурном поле. Основной особенностью этого метода является наличие тем-пературного градиента между источником и подложкой. Градиент температуры приводит к возникновению градиента в распределении компонентов расплава по мере удаления от подложки, что в данном случае является основой процесса кристаллизации. Использование указанного метода позволяет получать-эпитаксиальные слои большой толщины (hfv50 мкм), обладающие высоким структурным совершенством.

ЭПИТАКСИЯ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ

Благодаря ряду причин газофазный метод получил широкое-распространение при эпитаксиальном выращивании полупроводниковых структур. Это объясняется, во-первых, достаточной универсальностью метода, позволяющей выращивать эпитаксиальные структуры на основе твердых растворов во всем интересующем диапазоне составов. Во-вторых, ГФЭ характеризуется высокими технико-экономическими показателями. Получаемые этим методом структуры имеют большую площадь поверхности высокого качества.

Рассмотрим на примере синтеза перспективных структур Ini-xGajcP основные особенности метода ГФЭ.

Аналогично методу жидкофазной эпитаксии осаждение из газовой фазы - многофакторный процесс. При зтом первостепенное значение приобретает характер фазовых равновесий в газовой атмосфере реактора (рис. 4.2). В соответствии со структурной схемой процесса в реакторе имеются три основные зоны: зона источников, где располагаются металлические In и Ga, зона смешивания, где происходит смешивание газовых потоков, и зона роста, где осуществляется зпитаксиальное наращивание на монокристаллических подложках.

Химические процессы, происходящие в зоне источников в хло-ридно-гидридной схеме метода, описываются следующими реакциями:

у Ga-f НС1 -> у Ga + (1 - у) НС1 -f 0,5 у ; (4.2)

у In НС1 у InCla +{1-у) на + 0,5 у Н, (4.3)

где у и у-молярные доли НС1, участвовавшие в реакции. Важным результатом этих химических процессов является образование монохлоридов элементов III группы (In, Ga). Необходимый для синтеза третий компонент системы In-Ga-Р возникает в результате реакции в зоне смешения:

PHgfiP-f 1,5Н2; (4.4)

2Р2Р,. (4.5)

нС1+Н2

Рис. 4.2. Схема процесса эпитаксии из газовой фазы

Процесс собственно эпитаксиального наращивания осуществляется в зоне осаждения и протекает в соответствии со следующими реакциями:

CaCl-f -i- РНз-f P,-f -i- Р, СаР-Ь НС1;

6 biz

InCl-f 4- РНз+ 4- Р41пР + НС1;

6 D Iz

(4.6) (4.7)

X СаР -f (1 - х) InP = Ini „ Ga P. (4.8)

Приведенные соотношения (4.2) -(4.8) позволяют провести термодинамический расчет парциальных давлений основных компонентов газовой среды. Результаты расчета для случая синтеза Ino.iGao.sP при температуре в зоне источников Ga, In, зоне смешивания и зоне осаждения, равной соответственно 1160, 1200, 1220 .и 1100 К, приведены в табл. 4.1.

Сопоставление экспериментальных и расчетных значений (табл. 4.1) позволяет сделать вывод о том, что, как и в случае ЖФЭ, в рассматриваемом случае использование расчетных моделей целесообразно лишь для оценки процесса кристаллизации (рис. 4.3).

В практически важном диапазоне температур осаждения Т = ==900... 1100 К парциальное давление InCl намного превышает

Таблица 4.1. Расчетные и экспериментальные значения парциального да»зления. Па, газообразных веществ в зоне осаждения

Примечание: данные соответствуют выращиванию слоя IHq jGaj gP при температуре осаждения Го=1100 К. источников 7in=1200 К. Гоа~Ч30 К- зоне смешивания см=1220 К. коэффициенте пересыщения Кд"5:С1/2Н"=0,1, коэффициенте стехиометрии газовой фазы Кд = (InGl+GaCl-SP)/SH"=0.