Voorbereidingsproces van galliumarsenidemateriaal
Sinds de jaren 1950, is een verscheidenheid aan gallium arsenide monokristallijne groeimethodes ontwikkeld. De huidige gangbare industriële groeiprocessen zijn onder meer vloeibare verzegelde rechte tekening (LEC), horizontale Brijman-methode (HB), verticale Brijman-methode (VB) en verticale gradiëntstolling (VGF).
1. Vloeibare verzegelde Czochralski (LEC)
De LEC-methode is het hoofdproces voor het kweken van niet-gedoteerd semi-isolerend galliumarsenide monokristal (SI GaAs). Momenteel worden meer dan 80% van de semi-isolerende galliumarsenide-eenkristallen op de markt volgens de LEC-methode gekweekt. De LEC-methode maakt gebruik van een grafietverwarmer en een PBN-kroes en gebruikt B2O3 als vloeibaar afdichtmiddel om galliumarsenidekristalgroei uit te voeren in een argonatmosfeer van 2 MPa. Het grote voordeel van het LEC-proces is dat het een hoge betrouwbaarheid heeft en eenvoudig te groeien is met enkele kristallen met een lange diameter. Het kristal-koolstofgehalte is regelbaar en de semi-isolerende eigenschappen van de kristallen zijn goed. De belangrijkste nadelen zijn: de chemische dosis is moeilijk te regelen, de temperatuurgradiënt van het thermische veld is groot (100 ~ 150 K / cm) en de dislocatiedichtheid van het kristal is omhoog en ongelijk. De Japanse Hitachi Cable Co., Ltd. heeft in 1998 voor het eerst een 6-inch LEC GaAs monokristallijne productielijn opgericht. Het bedrijf installeerde op dat moment 's werelds grootste GaAs -kristaloven met een diameter van 400 mm, een voedingscapaciteit van 50 kg, en een enkele groei van 6 inch. De kristallengte bereikt 350 mm. In 2000 rapporteerde Freiberger het 8-inch galliumarsenide-monokristal, ontwikkeld door 's werelds eerste LEC-proces.
2. Horizontale Bridgman (HB)
De HB-methode was ooit het belangrijkste proces voor de massaproductie van halfgeleidende galliumarsenide monokristallen met een laag weerstandsvermogen (SC GaAs), waarbij kwartsboten en kwartsbuizen onder normale druk met hoge betrouwbaarheid en stabiliteit werden gekweekt. Het voordeel van de HB-methode is dat de arseendamp kan worden gebruikt om de stoichiometrische verhouding van het lichaam nauwkeurig te regelen, en de temperatuurgradiënt is klein om het doel van het verminderen van dislocaties te bereiken. De dislocatiedichtheid van HB galliumarsenide monokristal is meer dan een orde van grootte lager dan die van LEC galliumarsenide monokristal. Het grootste nadeel is dat mannetjes niet-gedoteerde semi-isolerende galliumarsenide-eenkristallen groeien en dat het gegroeide kristalinterface D-achternaam is, wat een groot materiaalafval zal veroorzaken bij het proces van verwerking tot wafels. Tegelijkertijd is het moeilijk om kristallen met een grote diameter te laten groeien vanwege het draagvermogen van kwartsboten bij hoge temperaturen. Op dit moment is de massaproductie van het HB-proces voornamelijk in het geval van 2 inch en 3 inch kristallen, en het vermelde maximale galliumarsenide van het galliumarsenide is 4 inch. Op dit moment zijn er niet veel bedrijven die het HB-proces gebruiken voor de productie van galliumarsenidematerialen. Met de volwassenheid van de VB- en VGF-processen is het HB-proces geleidelijk vervangen.
3. Verticale Bridgman (VB)
De VB-methode is een kristalgroeiproces dat eind jaren tachtig werd ontwikkeld. Het gesynthetiseerde galliumarsenidepolykristal, B203 en entkristallen werden gepakt in een PBN-kroes en afgesloten in een gevacuümde kwartsfles. Het ovenlichaam werd verticaal geplaatst. De draad wordt verwarmd door een weerstandsdraad en de kwartsfles wordt verticaal in het midden van het ovenlichaam geplaatst. Bij hoge temperatuur wordt het galliumarsenidepolykristal gesmolten en vervolgens gesmolten met het entkristal, en vervolgens worden de kwartscilinder en de kroes door de steunstang neerwaarts bewogen door een manoeuvreermechanisme. Onder een bepaalde temperatuurgradiënt groeit het monokristal langzaam vanaf het uiteinde van het kiemkristal. De VB-methode kan een galliumarsenide monokristal met lage weerstand of een semi-isolerend galliumarsenide monokristal met hoge weerstand laten groeien. De gemiddelde EPD van het kristal is lager dan 5.000 / cm-2.
4. Verticale gradiëntverzadiging (verticale verloopbevriezing, aangeduid als VGF)
Het principe en het toepassingsveld van het VGF-proces en het VB-proces zijn in principe vergelijkbaar. Het grootste verschil is dat de VGF-methode het kristal vallende wagenmechanisme en het roterende mechanisme annuleert. De computer bestuurt nauwkeurig het thermische veld om langzaam af te koelen en de groei-interface beweegt omhoog vanaf het onderste uiteinde van de smelt om de kristalgroei te voltooien. Dit proces maakt de kristalgroei-interface stabieler als gevolg van de eliminatie van het mechanische transmissiemechanisme en is geschikt voor het kweken van een GaAs-monokristal met ultralaag dislocatie. Het nadeel van de VB- en VGF-processen is dat de kristalgroei niet kan worden waargenomen en beoordeeld tijdens het kristalgroeiproces, en de kristalgroeiperiode is lang. Op dit moment is het internationale commerciële niveau in staat geweest om 6-inch VB / VGF galliumarsenidekristallen in massa te produceren. In 2002 rapporteerde Freiberger 's werelds eerste 8-inch galliumarsenide monokristal, ontwikkeld door het VGF-proces.