Galio arsenido medžiagos paruošimo procesas
Nuo 1950 m. Buvo sukurti įvairūs galio arsenido vienakristalinio augimo metodai. Dabartiniai pagrindiniai pramoniniai augimo procesai apima skysčio sandarinimo linijinį brėžinį (LEC), horizontalų Brijmano metodą (HB), vertikalų Brijmano metodą (VB) ir vertikalaus gradiento kietėjimą (VGF).
1. Liquid Sealed Czochralski (LEC)
LEC metodas yra pagrindinis nesupakuotų pusiau izoliuojančių galio arsenidų (SI GaAs) auginimo procesas. Šiuo metu rinkoje yra daugiau kaip 80% pusiau izoliuojančių vieno kristalo galio arsenido, auginamų LEC metodu. LEC metodas naudoja grafito šildytuvą ir PBN tiglį ir naudoja skystą sandarinimo medžiagą B2O3, kad gallium arsenido kristalų augimą atliktų 2 MPa argono atmosferoje. Pagrindinis LEC proceso privalumas yra tas, kad jis turi didelį patikimumą ir yra lengva auginti ilgą skersmenį pavienius kristalus. Kristalų anglies kiekis yra kontroliuojamas ir pusiau izoliuojančios kristalų savybės yra geros. Pagrindiniai trūkumai yra šie: sunku kontroliuoti cheminę dozę, terminio lauko temperatūros gradientas yra didelis (100 ~ 150 K / cm), o kristalo dislokacijos tankis yra didesnis ir netolygus. Japonijos „Hitachi Cable Co., Ltd.“ 1998 metais pirmą kartą sukūrė 6 colių „LEC GaAs“ vieno kristalo gamybos liniją. Bendrovė tuo metu įdiegė didžiausią „GaAs“ vienakristalinę krosnį, kurios skersmuo yra 400 mm. ir 6 colių vieno augimo. Kristalų ilgis siekia 350 mm. 2000 m. „Freiberger“ pranešė apie 8 colių galio arsenido vieną kristalą, kurį sukūrė pirmasis pasaulyje LEC procesas.
2. Horizontalus Bridžmanas (HB)
HB metodas buvo pagrindinis procesas puslaidininkinių (mažo pasipriešinimo) galio arsenido vieno kristalo (SC GaAs) gamybai, naudojant kvarcinius laivus ir kvarcinius mėgintuvėlius augant normaliu slėgiu, turint didelį patikimumą ir stabilumą. HB metodo pranašumas yra tas, kad arseno garai gali būti naudojami tiksliai kontroliuoti stechiometrinį kūno santykį, o temperatūros gradientas yra mažas, kad būtų pasiektas tikslas sumažinti dislokaciją. HB galio arsenido vieno kristalo dislokacijos tankis yra didesnis nei mažesnis už LEC galio arsenido vienakristalį. Pagrindinis trūkumas yra tas, kad vyrams auga ne dopingo pusiau izoliuojančio galio arsenido kristalai, o išauginta kristalų sąsaja yra D pavardė, dėl kurios perdirbimo į plokšteles metu susidaro didelės medžiagos. Tuo pačiu metu sunku auginti didelio skersmens kristalus dėl kvarcinių laivų atsparumo aukštai temperatūrai. Šiuo metu masinis HB proceso gamyba daugiausia yra 2 colių ir 3 colių kristalų atveju, o didžiausias galio arsenido galio arsenidas yra 4 coliai. Šiuo metu nėra daug įmonių, naudojančių HB procesą galio arsenido medžiagų gamybai. Pasibaigus VB ir VGF procesams, HB procesas buvo palaipsniui pakeistas.
3. Vertikalus Bridžmanas (VB)
VB metodas yra kristalų augimo procesas, kuris buvo sukurtas 1980-ųjų pabaigoje. Sintetinti galio arsenido polikristaliniai, B2O3 ir sėklų kristalai buvo supakuoti į PBN tiglį ir užsandarinti vakuuminiame kvarco butelyje. Krosnies korpusas buvo pastatytas vertikaliai. Laidą šildo pasipriešinimo viela, o kvarco butelis yra vertikaliai uždėtas krosnies korpuso viduryje. Aukštoje temperatūroje galio arsenido polikristalė ištirpsta ir susilieja su sėklų kristalais, o tada kvarcinis cilindras ir tiglis perkeliami žemyn atraminiu strypu per manevravimo mechanizmą. Tam tikru temperatūros gradientu atskiras kristalas lėtai auga nuo sėklų kristalo galo. VB metodas gali auginti mažo atsparumo galio arsenido vieną kristalą arba didelio atsparumo pusiau izoliacinį galio arsenidą. Vidutinis kristalų EPD yra mažesnis nei 5000 / cm-2.
4. Vertikalaus gradiento kietėjimas (vertikalaus gradiento užšaldymas, vadinamas VGF)
VGF proceso ir VB proceso principas ir taikymo sritis iš esmės yra panašūs. Didžiausias skirtumas yra tas, kad VGF metodas panaikina kristalų krentančio vežimėlio mechanizmą ir sukamąjį mechanizmą. Kompiuteris tiksliai kontroliuoja šiluminį lauką, kad jis lėtai atvėsėtų, o augimo sąsaja juda aukštyn nuo apatinio lydalo galo, kad užbaigtų kristalų augimą. Šis procesas daro stabilesnę kristalų augimo sąsają dėl mechaninio transmisijos mechanizmo pašalinimo ir tinka auginti itin mažus dislokacijos GaAs vieną kristalą. VB ir VGF procesų trūkumas yra tas, kad kristalų augimo proceso metu kristalų augimas negali būti stebimas ir vertinamas, o kristalų augimo periodas yra ilgas. Šiuo metu tarptautinis komercinis lygis galėjo pagaminti 6 colių VB / VGF galio arsenido kristalus. 2002 m. „Freiberger“ pranešė apie pirmąjį 8 colių gallium arsenido vieną kristalą, kurį sukūrė VGF procesas.