半導(dǎo)體材料族化合物半導(dǎo)體的外延生長演示文稿

半導(dǎo)體材料IIIV族化合物半導(dǎo)體的外延生長演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有91頁\編輯于星期五半導(dǎo)體材料IIIV族化合物半導(dǎo)體的外延生長現(xiàn)在是2頁\一共有91頁\編輯于星期五6－5其他III-V族化合物半導(dǎo)體的制備6－5－1GaP的合成與晶體生長GaP單晶的生長方法：1.液態(tài)密封法在5.5106Pa氬氣氣氛下，用B2O3液封拉晶。拉制GaP單晶的主要方法。缺點：液態(tài)密封法拉制的GaP單晶中有很多淺扁平底圓形坑（S坑），不能直接用來制器件。但是用它做襯底再外延后，外延層中的缺陷密度會減少。所以制作GaP發(fā)光管時，總要用外延生長的材料?，F(xiàn)在是3頁\一共有91頁\編輯于星期五2.合成溶質(zhì)擴散法

SSD(synthesissolutediffusion)

步驟：坩鍋中盛Ga，Ga表面溫度在1100℃～1150℃，坩鍋底部籽晶處在1000～1050℃，P源溫度在420℃，這時產(chǎn)生約105Pa的P蒸汽，GaP可以穩(wěn)定生長。開始時，P蒸氣與處于高溫的Ga液表面反應(yīng)生成GaP膜。此GaP膜將溶解于下面的Ga液中，并向坩鍋底部擴散，由于坩鍋底部溫度較低，最后超過GaP溶解度時，就會析出晶體。如果P源足夠，最后將Ga液全部轉(zhuǎn)變成GaP晶體。如果有籽晶，則會沿著籽晶逐漸長大成大晶粒。

SSD法最大有點是生長晶體中的S坑少，而且合成與晶體生長都在常壓下進(jìn)行，并且摻雜的雜質(zhì)Te，S的有效分凝系數(shù)比通常由熔體生長時大3～4倍，因此所得到的晶體中雜質(zhì)分布比較均勻，但是生長速度比較慢而且多數(shù)情況下只得到多晶?，F(xiàn)在是4頁\一共有91頁\編輯于星期五作業(yè)六1.什么是直接躍遷型能帶,什么是間接躍遷型能帶?硅鍺屬于什么類型,砷化鎵屬于什么類型?

砷化鎵單晶的生長方法有哪幾種？現(xiàn)在是5頁\一共有91頁\編輯于星期五第七章

III-V族化合物半導(dǎo)體的外延生長現(xiàn)在是6頁\一共有91頁\編輯于星期五

近年來表面工程學(xué)發(fā)展迅速，新的表面外延層或涂層技術(shù)層出不窮，氣象沉積就是發(fā)展最快的新外延層和涂層技術(shù)之一.

定義:所謂氣象沉積是利用在氣象中以物理或化學(xué)的反映過程，在工件表面形成具有特殊性能的金屬或化合物外延層和涂層的方法.

7-1氣相外延生長現(xiàn)在是7頁\一共有91頁\編輯于星期五分類:

A.物理氣象沉積（PVD）

B.化學(xué)氣象沉積（ＣＶＤ）

C.等離子體增強化學(xué)氣象沉（PECVD）

現(xiàn)在是8頁\一共有91頁\編輯于星期五氣象沉積的特點：

可以用來制備不僅可以層積多種多樣的化合物，還可以制備具有各種特殊力學(xué)性能和物理化學(xué)性能（如：高硬度，高耐熱，高熱導(dǎo)，高耐腐蝕，抗氧化，絕緣等）涂層．現(xiàn)在是9頁\一共有91頁\編輯于星期五氣象沉積技術(shù)的應(yīng)用氣象沉積技術(shù)生產(chǎn)制備的高硬度，高耐熱，高熱導(dǎo)，高耐腐蝕，抗氧化，絕緣等涂層，特殊性能的電學(xué)，光學(xué)功能的涂層，裝飾裝修涂層，已廣泛用于機械、航天、建筑、五金裝飾、電子產(chǎn)品、汽配件等行業(yè)現(xiàn)在是10頁\一共有91頁\編輯于星期五11蒸鍍?yōu)R鍍離子鍍PVD現(xiàn)在是11頁\一共有91頁\編輯于星期五PVD物理氣相沉積（PVD）是指在真空條件下，用物理的方法將材料汽化成原子、分子或電離成離子，并通過氣相過程在襯底上沉積一層具有特殊性能的薄膜技術(shù)。（1）PVD沉積基本過程：從原材料中發(fā)射粒子（通過蒸發(fā)、升華、濺射和分解等過程）；粒子輸運到基片（粒子間發(fā)生碰撞，產(chǎn)生離化、復(fù)合、反應(yīng)，能量的交換和運動方向的變化）；粒子在基片上凝結(jié)、成核、長大和成膜(2)PVD的方法真空蒸發(fā)脈沖激光沉積濺射離子鍍外延膜生長技術(shù)現(xiàn)在是12頁\一共有91頁\編輯于星期五蒸鍍真空蒸發(fā)的原理真空蒸發(fā)的特點設(shè)備簡單、操作容易

薄膜純度高，質(zhì)量好，厚度可控

速率快、效率高、可用掩膜獲得清晰圖形

薄膜生長機理比較單純

真空蒸發(fā)的缺點

不易獲得結(jié)晶結(jié)構(gòu)的薄膜

薄膜與基片附著力小工藝重復(fù)性不夠好真空蒸發(fā)的主要部分真空室，為蒸發(fā)提供必要的真空蒸發(fā)源和蒸發(fā)加熱器，放置蒸發(fā)材料并對其進(jìn)行加熱基板，用于接收蒸發(fā)物質(zhì)并在其表面形成固體蒸發(fā)薄膜基板加熱器測溫器

現(xiàn)在是13頁\一共有91頁\編輯于星期五蒸鍍真空蒸發(fā)鍍膜過程

加熱蒸發(fā)過程包括從凝聚相

轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀啵ü滔嗷蛞合鄽庀啵┑南嘧冞^程。每種物質(zhì)在不同溫度有不同的飽和蒸汽壓；蒸發(fā)化合物時，其組分之間發(fā)生反應(yīng)，其中有些以氣態(tài)或蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)空間

氣化原子或分子在蒸發(fā)源與基片間的運輸這些粒子在空間的飛行過程中與真空室內(nèi)殘余氣體分子發(fā)生碰撞的次數(shù)，取決于蒸發(fā)原子的平均自由程以及源--基距。蒸發(fā)原子或分子在基片上沉積的過程即蒸氣凝聚、成核、核生長、形成連續(xù)薄膜。由于基板溫度遠(yuǎn)低于蒸發(fā)源溫度，因此，沉積物基板溫度遠(yuǎn)低于蒸發(fā)源溫度，因此，沉積物分子在基板表面將直接發(fā)生從氣相到固相的相變過程。真空環(huán)境的作用

蒸發(fā)物原子或分子將與大量空氣分子碰撞，使膜層受到污染；甚至形成氧化物或者蒸發(fā)源被加熱氧化燒毀或者由于空氣分子的碰撞阻攔，難以形成均勻連續(xù)薄膜。

現(xiàn)在是14頁\一共有91頁\編輯于星期五蒸鍍根據(jù)加熱原理（或加熱方式）分有：電阻加熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、閃爍蒸發(fā)、激光熔融蒸發(fā)、射頻加熱蒸發(fā)。現(xiàn)在是15頁\一共有91頁\編輯于星期五蒸鍍熱蒸鍍現(xiàn)在是16頁\一共有91頁\編輯于星期五蒸鍍熱蒸鍍電阻加熱蒸發(fā)特點：

結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作方便；支撐坩堝及材料與蒸發(fā)物反應(yīng)；難以獲得足夠高溫蒸發(fā)介電材料（Al2O3、TiO2）；蒸發(fā)率低；加熱導(dǎo)致合金或化合物分解。可制備單質(zhì)、氧化物、介電和半導(dǎo)體化合物薄膜?，F(xiàn)在是17頁\一共有91頁\編輯于星期五蒸鍍電子束蒸鍍現(xiàn)在是18頁\一共有91頁\編輯于星期五蒸鍍電子束蒸鍍電子束通過5-10kV的電場加速后，聚焦并打到待蒸發(fā)材料表面，電子束將能量傳遞給待蒸發(fā)材料使其熔化，電子束迅速損失能量。電子束蒸發(fā)系統(tǒng)的核心部件： 電子束槍（熱陰極和等離子體電子）電子束聚焦方式：靜電聚焦和磁偏轉(zhuǎn)聚焦電子束產(chǎn)生后，需要對他進(jìn)行聚焦而使其能夠直接打到被蒸發(fā)材料的表面?，F(xiàn)在是19頁\一共有91頁\編輯于星期五蒸鍍電子束蒸鍍電子束蒸發(fā)源的優(yōu)點電子束轟擊熱源的束流密度高，能獲得遠(yuǎn)比電阻加熱源更大的能量密度。達(dá)到104～109W/cm2的功率密度，熔點3000℃的材料蒸發(fā)，如W、Mo、Ge、SiO2、Al2O3等。被蒸發(fā)材料可置于水冷坩鍋中→避免容器材料蒸發(fā)及其與蒸發(fā)材料反應(yīng)熱量可直接加到蒸鍍材料的表面→熱效率高、熱傳導(dǎo)和熱輻射損失小電子束蒸發(fā)源的缺點電子槍發(fā)出的一次電子和蒸發(fā)材料發(fā)出的二次電子會使蒸發(fā)原子和殘余氣體分子電離→影響膜層質(zhì)量。電子束蒸鍍裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴．加速電壓高時，產(chǎn)生軟x射線，人體傷害現(xiàn)在是20頁\一共有91頁\編輯于星期五蒸鍍激光加熱蒸鍍（PLD）高功率激光束作為熱源蒸發(fā)待蒸鍍材料，激光光束通過真空室窗口打到待蒸發(fā)材料使之蒸發(fā)，最后沉積在基片上。激光加熱蒸發(fā)特點：激光清潔、加熱溫度高，避免坩堝和熱源材料的污染；可獲高功率密度激光束，蒸發(fā)速率高，易控制；容易實現(xiàn)同時或順序多源蒸發(fā)；比較適用成分復(fù)雜的合金或化合物材料；易產(chǎn)生微小的物質(zhì)顆粒飛濺，影響薄膜性能。現(xiàn)在是21頁\一共有91頁\編輯于星期五濺鍍?yōu)R鍍（Sputtering）濺射的基本原理:

物質(zhì)的濺射現(xiàn)象濺射：荷能粒子與固體（靶材）表面相互作用過程中，發(fā)生能量和動量的轉(zhuǎn)移，當(dāng)表面原子獲得足夠大的動能而脫離固體表面，從而產(chǎn)生表面原子的濺射。濺射是轟擊粒子與固體原子之間能量和動量轉(zhuǎn)移的結(jié)果濺射鍍膜：應(yīng)用濺射現(xiàn)象將靶材原子濺射出來并沉積到基片上形成薄膜的技術(shù)。

濺射參數(shù)

濺射閥值：將靶材原子濺射出來所需的入射離子最小能量值。與入射離子的種類關(guān)系不大、與靶材有關(guān)。

濺射產(chǎn)額

濺射離子速度和能量現(xiàn)在是22頁\一共有91頁\編輯于星期五濺鍍?yōu)R射沉積的方法直流濺射輝光放電產(chǎn)生離子轟擊靶材；氣壓過低輝光放電難以維持（＜1Pa）；濺射氣壓高（~10Pa）、沉積速率低；工藝參數(shù)：電源功率、工作氣體流量與壓強、基片溫度、基片偏壓?，F(xiàn)在是23頁\一共有91頁\編輯于星期五射頻濺射交變電場中振蕩的電子具有足夠高的能量產(chǎn)生離化碰撞，達(dá)到放電自持；濺射系統(tǒng)需要在電源與放電室之間配備阻抗匹配網(wǎng)。常用頻率13.56MHz；靶材上形成自偏壓效應(yīng)；沉積絕緣材料非常有效；濺射電源電壓有效降低；適用金屬、絕緣體、半導(dǎo)體薄膜制備。典型參數(shù)：氣壓１Pa；靶電壓1000V；靶電流密度1mA/cm2；薄膜沉積0.5mm/min濺鍍現(xiàn)在是24頁\一共有91頁\編輯于星期五磁控濺射磁控濺射原理在濺射裝置中的靶材附近加入磁場，垂直方向分布的磁力線將電子約束在靶材表面附近，延長其在等離子體中的運動軌跡，增加電子運動的路徑，提高電子與氣體分子的碰撞幾率和電離過程。濺鍍現(xiàn)在是25頁\一共有91頁\編輯于星期五磁控濺射特征降低濺射工作氣壓，可到0.5Pa左右；電離效率高，提高了靶電流密度和濺射效率，降低靶電壓；離子電流密度高，是射頻濺射的10-100倍；靶材濺射不均勻、靶材利用率低；同樣的電流和氣壓條件下可提高沉積速率。濺鍍現(xiàn)在是26頁\一共有91頁\編輯于星期五濺鍍反應(yīng)濺射在存在反應(yīng)氣體的情況下，濺射靶材時，濺射出來的靶材料與反應(yīng)氣體形成化合物（氮化物、碳化物、氧化物）反應(yīng)濺射特征靶中毒：反應(yīng)氣體與靶反應(yīng)，在靶表面形成化合物。沉積膜的成分不同于靶材。靶中毒的現(xiàn)象：取決于金屬與反應(yīng)氣體的結(jié)合特性及形成化合物表層的性質(zhì)。降低靶中毒的措施：將反應(yīng)氣體輸入位置遠(yuǎn)離靶材靠近襯底。提高靶材濺射速率，降低活性氣體的吸附。采用中頻或脈沖濺射?，F(xiàn)在是27頁\一共有91頁\編輯于星期五離子鍍(IonPlating)電弧離子鍍電弧離子鍍原理：是電孤裝置引燃電孤，低電壓大電流電源將維持陰極和陽極之間弧光放電的進(jìn)行，在電源的維持和磁場的推動下，電弧在靶面游動，電弧所經(jīng)之處，靶材被蒸發(fā)并離化，在負(fù)偏壓作用下調(diào)整離子的能量，在基底上沉積成膜。電弧離子鍍示意圖現(xiàn)在是28頁\一共有91頁\編輯于星期五弧光放電被蒸發(fā)的鈦靶接陰極，真空室為陽極，當(dāng)通有幾十安培的觸發(fā)電極與陰極靶突然脫離時就會引起電弧，在陰極表面產(chǎn)生強烈發(fā)光的陰極輝點（直徑在100微米以下），輝點內(nèi)的電流密度可達(dá)105-7A/cm2，于是在這一區(qū)域內(nèi)的材料就瞬時蒸發(fā)并電離,產(chǎn)生等離子體。輝點在陰極材料表面上以每秒幾十米的速度做無規(guī)則運動，使整個靶面均勻被消耗。等離子體中有電子、離子、分子、微粒和中性原子。離子鍍(IonPlating)電弧離子鍍現(xiàn)在是29頁\一共有91頁\編輯于星期五離子鍍(IonPlating)電弧離子鍍磁過濾技術(shù)消除從靶材上產(chǎn)生的大顆?，F(xiàn)在是30頁\一共有91頁\編輯于星期五氣相外延生長VPE

鹵化物法氫化物法金屬有機物氣相外延生長MOVPE現(xiàn)在是31頁\一共有91頁\編輯于星期五鹵化物法外延生長GaAsGa/AsCl3/H2體系氣相外延原理及操作高純H2經(jīng)過AsCl3鼓泡器，把AsCl3蒸氣攜帶入反應(yīng)室中，它們在300~500℃的低溫就發(fā)生還原反應(yīng)，4AsCl3+6H2=As4+12HCl生成的As4和HCI被H2帶入高溫區(qū)(850℃)的Ga源(也稱源區(qū))處，As4便溶入Ga中形成GaAs的Ga溶液，直到Ga飽和以前，As4不流向后方。

4Ga+xAs4=4GaAsx(x<1)而HCI在高溫下同Ga或GaAs反應(yīng)生成鎵的氯化物，它的主反應(yīng)為

2Ga+2HCl=2GaCl+H2GaAs+HCl=GaCl+?As4+?H2現(xiàn)在是32頁\一共有91頁\編輯于星期五鹵化物法外延生長GaAsGaCI被H2運載到低溫區(qū)，如此時Ga舟已被As飽和，則As4也能進(jìn)入低溫區(qū)，GaCI在750℃下發(fā)生歧化反應(yīng)，生成GaAs，生長在放在此低溫區(qū)的襯底上(這個低溫區(qū)亦稱沉積區(qū))，

6GaCl+As4=4GaAs+2GaCl3有H2存在時還可發(fā)生以下反應(yīng)

4GaCl+As4+2H2=4GaAs+HCl反應(yīng)生成的GaCl3被輸運到反應(yīng)管尾部，以無色針狀物析出，未反應(yīng)的As4以黃褐色產(chǎn)物析出?，F(xiàn)在是33頁\一共有91頁\編輯于星期五現(xiàn)在是34頁\一共有91頁\編輯于星期五氫化物法外延生長GaAs氫化物法是采用Ga／HCI／AsH3／H2體系，其生長機理為

Ga(l)+HCl(g)=GaCl(g)+?H2(g)AsH3(g)=?As4(g)+3/2H2(g)GaCl(g)+?As4(g)+?H2(g)=GaAs(s)+HCl(g)

這種方法，Ga(GaCI)和As4(AsH3)的輸入量可以分別控制，并且As4的輸入可以在Ga源的下游，因此不存在鎵源飽和的問題，所以Ga源比較穩(wěn)定。鹵化物和氫化物法生長GaAs除了水平生長系統(tǒng)外，還有垂直生長系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的基座大都是可以旋轉(zhuǎn)的，因此其均勻性比較好?，F(xiàn)在是35頁\一共有91頁\編輯于星期五7-2金屬有機物化學(xué)氣相沉積金屬有機物化學(xué)氣相沉積(MetalOrganicChemicalVaporDeposition，MOCVD)自20世紀(jì)60年代首次提出以來，經(jīng)過70年代至80年代的發(fā)展，90年代已經(jīng)成為砷化鎵、磷化銦等光電子材料外延片制備的核心生長技術(shù)，特別是制備氮化鎵發(fā)光二極管和激光器外延片的主流方法。到目前為止，從生長的氮化鎵外延片和器件的性能以及生產(chǎn)成本等主要指標(biāo)來看還沒有其它方法能與之相比?，F(xiàn)在是36頁\一共有91頁\編輯于星期五MOVPE技術(shù)MOVPE(MetalorganicVaporPhaseEpitaxy)技術(shù)是生長化合物半導(dǎo)體薄層晶體的方法，最早稱為MOCVD。近年來從外延生長角度出發(fā)，稱這一技術(shù)為MOVPE。它是采用Ⅲ族元素的有機化合物和V族元素的氫化物等作為晶體生長的源材料，以熱分解方式在襯底上進(jìn)行外延生長Ⅲ一V族化合物半導(dǎo)體以及它們的多元化合物的薄層單晶。Ⅲ族金屬有機化合物一般使用它們的烷基化合物，如Ga、Al等的甲基或乙基化合物：Ga(CH3)3、Ga(C2H5)3等，現(xiàn)在是37頁\一共有91頁\編輯于星期五金屬有機化合物的名稱及其英文縮寫

三甲基鎵Tri-methyl-galliumTMG．TMGa

三甲基銦Tri-methyl-indiumTMI．TMIn

三甲基鋁Tri-methyl-alumiumTMAI

三乙基鎵Tri-ethyl-galliumTEG．TEGa

三乙基銦Tri-ethyl-indiumTEI．TEIn

二甲基鋅Di-methyl-zincDMZn

二乙基鋅Di-ethyl-zincDEZn

二甲基鎘Di-methyl-cadmiumDMCA

二乙基鎘Di-ethyl-cadmiumDECA現(xiàn)在是38頁\一共有91頁\編輯于星期五MOVPE的特點MOVPE具有下列的特點：

(1)可以通過精確控制各種氣體的流量來控制外延層的性質(zhì)用來生長化合物晶體的各組分和摻雜劑都以氣態(tài)通入反應(yīng)器。因此，可以通過精確控制各種氣體的流量來控制外延層的成分、導(dǎo)電類型、載流子濃度、厚度等特性。可以生長薄到零點幾納米，納米級的薄層和多層結(jié)構(gòu)。

(2)反應(yīng)器中氣體流速快，可以迅速改變多元化合物組分和雜質(zhì)濃度反應(yīng)器中氣體流速快，因此，在需要改變多元化合物組分和雜質(zhì)濃度時，反應(yīng)器中的氣體改變是迅速的，從而可以使雜質(zhì)分布陡峭一些，過渡層薄一些，這對于生長異質(zhì)和多層結(jié)構(gòu)無疑是很重要的?，F(xiàn)在是39頁\一共有91頁\編輯于星期五MOVPE的特點(3)晶體生長是以熱分解方式進(jìn)行，是單溫區(qū)外延生長，需要控制的參數(shù)少，設(shè)備簡單。便于多片和大片外延生長，有利于批量生長。

(4)晶體的生長速度與金屬有機源的供給量成正比，因此改變其輸入量，可以大幅度地改變外延生長速度。

(5)源及反應(yīng)產(chǎn)物中不含有HCl一類腐蝕性的鹵化物，因此生長設(shè)備和襯底不被腐蝕，自摻雜比較低。此外，MOVPE可以進(jìn)行低壓外延生長(LP-MOVPE.LowPressureMOVPE).現(xiàn)在是40頁\一共有91頁\編輯于星期五MOVPE設(shè)備MOVPE設(shè)備分為臥式和立式兩種，有常壓和低壓，高頻感應(yīng)加熱和輻射加熱，反應(yīng)室有冷壁和熱壁的。因為MOVPE生長使用的源是易燃、易爆、毒性很大的物質(zhì)，并且常常用來生長大面積、多組分超薄異質(zhì)外延層。因此，設(shè)備要求考慮系統(tǒng)氣密性好，流量、溫度控制精確，組分變換要迅速，整個系統(tǒng)要緊湊等等。不同廠家和研究者所生產(chǎn)或組裝的MOVPE設(shè)備往往是不同的，但一般來說，都由以下幾部分組成：

(1)源供給系統(tǒng)、(2)氣體輸運和流量控制系統(tǒng)，

(3)反應(yīng)室加熱及溫度控制系統(tǒng)，(4)尾氣處理，

(5)安全防護(hù)報警系統(tǒng)，(6)自動操作及電控系統(tǒng)?，F(xiàn)在是41頁\一共有91頁\編輯于星期五現(xiàn)在是42頁\一共有91頁\編輯于星期五MOVPE設(shè)備1．源供給系統(tǒng)源供給系統(tǒng)包括金屬有機物和氫化物及摻雜源的供給。金屬有機物是裝在特制的不銹鋼(有的內(nèi)襯聚四氟乙烯)的鼓泡器(源瓶)中，由通入的高純H2攜帶輸運到反應(yīng)室。為了保證金屬有機化合物有恒定的蒸氣壓，源瓶置于控溫精度在±0．1℃以下的電子恒溫器中。氫化物一般是經(jīng)高純H2稀釋到濃度為5％或10％后(也有100％濃度的)裝入鋼瓶中，使用時再用高純H2稀釋到所需濃度后，輸入反應(yīng)室。摻雜源有兩類，一類是金屬有機化合物，另一類是氫化物，其輸運方法分別與金屬有機化合物源和氫化物源輸運相同?，F(xiàn)在是43頁\一共有91頁\編輯于星期五MOVPE設(shè)備2．氣體輸運系統(tǒng)氣體的輸運管路是由不銹鋼管道、質(zhì)量流量控制器(massflowcontroller．MFC)，截止閥、電磁閥和氣動閥等組成。為了防止存儲效應(yīng)，不銹鋼管內(nèi)壁進(jìn)行電化學(xué)拋光，管道的接頭用氬弧焊或VCR接頭連接，并用正壓檢漏和He泄漏檢測儀檢測，保證反應(yīng)系統(tǒng)無泄漏是MOVPE設(shè)備組裝的關(guān)鍵之一，泄漏速率應(yīng)低于10-9cm3／s。氣路的數(shù)目視源的種類而定。為了精確控制流量應(yīng)選擇量程合適、響應(yīng)快、精度高的MFC，如進(jìn)行低壓外延生長，在反應(yīng)室后設(shè)有由真空系統(tǒng)，壓力傳感器及蝶形閥等組成低壓控制系統(tǒng)。在真空系統(tǒng)與反應(yīng)室之間還應(yīng)設(shè)有過濾器，以防油污或其他顆粒倒吸到反應(yīng)室中。如果使用的源在常溫下是固態(tài)，為防止在管路中沉積，管路上繞有加熱絲并覆蓋上保溫材料。現(xiàn)在是44頁\一共有91頁\編輯于星期五Short-Gland+Female-Nut+Gasket+Long-Gland+Male-Nut

Short-Gland=短的焊接式接頭

Female-Nut=就是Short-Gland配套的一般叫為母頭;

Gasket=墊片:

Long-Gland=比較長的焊接式接頭

Male-Nut=就是Long-Gland配套的

一般稱為公頭。其中GASKET有帶“爪子”和普通墊片的，一般特種氣體和高純度氣體管路多會選擇此鏈接，密封性比較好現(xiàn)在是45頁\一共有91頁\編輯于星期五VCR接頭VCR接頭是為要求高度純凈無垢環(huán)境的應(yīng)用按照無滲漏而設(shè)計的。VCR產(chǎn)品設(shè)計在正壓真空空間內(nèi)提供全金屬封裝的無滲漏服務(wù)。

現(xiàn)在是46頁\一共有91頁\編輯于星期五現(xiàn)在是47頁\一共有91頁\編輯于星期五MOVPE設(shè)備3．反應(yīng)室和加熱系統(tǒng)反應(yīng)室多數(shù)是由石英管和石墨基座組成。為了生長組分均勻、超薄層、異質(zhì)結(jié)構(gòu)、大面積外延層，在反應(yīng)室結(jié)構(gòu)的設(shè)計、制造上下了很多工夫，因此，反應(yīng)室有各式各樣的不同結(jié)構(gòu)。石墨基座由高純石墨制做，并包覆SiC層，不僅立式石墨基座可以轉(zhuǎn)動，有的水平式基座也可以轉(zhuǎn)動。為了防止裝片與取片時空氣進(jìn)入反應(yīng)室，一般設(shè)有高純N2的保護(hù)室(箱)或?qū)Ｓ醚b取片設(shè)備。加熱多采用高頻感應(yīng)加熱或輻射加熱。由熱電偶和溫度控制器與微機組或自動測控溫系統(tǒng)，一般溫度控制精度可達(dá)±0．2℃?，F(xiàn)在是48頁\一共有91頁\編輯于星期五MOVPE設(shè)備4．尾氣處理系統(tǒng)反應(yīng)氣體經(jīng)反應(yīng)室后，大部分熱分解，但有部分未分解，因此尾氣不能直接排放到大氣中，必須進(jìn)行處理。目前處理尾氣的方法有很多種，主要有高溫爐再一次熱分解，隨后用硅油或高錳酸鉀溶液處理；也可以把尾氣直接通入裝有H2SO4+H202及裝有NaOH的吸濾瓶處理；也有的把尾氣通入固體吸附劑中吸附處理，以及用水淋洗尾氣等等?？傊獙⑽矚馓幚淼椒檄h(huán)保要求后再排放到大氣中。

5．安全保護(hù)及報警系統(tǒng)為了安全，一般的MOVPE系統(tǒng)，設(shè)備有高純N2旁路系統(tǒng)，在斷電或其他原因引起的不能正常工作時，純N2將自動通入系統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)的清潔。在正常停止生長期間也有長通高純N2的保護(hù)系統(tǒng)。設(shè)備還附有AsH3，PH3等毒氣泄漏檢測儀及H2氣泄漏檢測器，并通過聲光報警。

6．控制系統(tǒng)一般的MOVPE設(shè)備都具有手動和微機自動控制操作兩種功能。在控制系統(tǒng)面板上設(shè)有閥門開關(guān)，各個管路氣體流量、溫度的設(shè)定及數(shù)字顯示，如有問題會自動報警，使操作者能隨時了解設(shè)備運轉(zhuǎn)情況?，F(xiàn)在是49頁\一共有91頁\編輯于星期五MOVPE生長GaAs使用TMGa與AsH3反應(yīng)生長GaAs原理

Ga(CH3)3(g)+AsH3(g)=GaAs(s)+3CH4(g)如果要生長三元化合物Ga1-xAlxAs時，可以在上述反應(yīng)系統(tǒng)中再通往TMAl，反應(yīng)式為：

xAl(CH3)3(g)+(1-x)Ga(CH3)3(g)+AsH3(g)=Ga1-xAlxAs(s)+3CH4(g)現(xiàn)在是50頁\一共有91頁\編輯于星期五MOVPE生長GaAs工藝把處理好的GaAs襯底裝到基座上，調(diào)整好三甲基鎵(TMG)源的恒溫器以及其他應(yīng)設(shè)定的參數(shù)，如流量、溫度等。然后系統(tǒng)抽空、充H2(如是低壓生長應(yīng)調(diào)整好反應(yīng)室內(nèi)壓力)。接著升溫，待溫度達(dá)到300℃時，開始通AsH3，在反應(yīng)室內(nèi)形成As氣氛，以防止GaAs襯底受熱分解。待溫度升至外延生長溫度時，通入TMG進(jìn)行外延生長。在生長完后，停止通TMG，降溫到300℃時再停止通AsH3，待溫度降至室溫時開爐取出外延片?，F(xiàn)在是51頁\一共有91頁\編輯于星期五影響GaAs生長的因素常壓MOVPE生長GaAs(1)AsH3／TMG(V／III)對所生長的GaAs導(dǎo)電類型和載流子濃度的影響。由圖看出，在比值大的情況下，外延層是N型，載流子濃度處于低到中等(1014／cm3)區(qū)域內(nèi)。隨著ASH3／TMG比的減少，材料的載流子濃度也隨之減少，并發(fā)生導(dǎo)電類型改變。當(dāng)比值減少到大約20時，變?yōu)镻型。實驗發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生導(dǎo)電類型轉(zhuǎn)變區(qū)的精確的AsH3／TMG的比值與生長溫度、生長速度以及源的純度有關(guān)。此外，在比值大于30時，表面如鏡面，而比值很低，小于10～15時，表面變得粗糙?，F(xiàn)在是52頁\一共有91頁\編輯于星期五影響GaAs生長的因素(2)外延層厚度對遷移率的影響。在半絕緣GaAs襯底上，相同的條件下，生長一系列厚度不同的外延層，測其遷移率，發(fā)現(xiàn)隨著外延層厚度增加，遷移率迅速增加，在層厚25～30μm時，達(dá)到極大值，然后有所下降，但變化不大。產(chǎn)生上述變化的原因還不十分清楚，也許是界面處存在的淀積物或砷空位等缺陷或襯底中其他雜質(zhì)擴散出來所致。

(3)總雜質(zhì)濃度和生長溫度的關(guān)系。在富砷的生長條件下，溫度是影響非摻雜GaAs外延層中總雜質(zhì)濃度的最重要因素。實驗發(fā)現(xiàn)，從750℃到600℃，外延層中的施主和受主濃度都隨溫度降低而降低。在600℃時，總雜質(zhì)濃度<1015／cm3。

(4)源純度對遷移率的影響。在MOVPE生長非摻雜GaAs外延層中，雜質(zhì)的主要來源是源材料，只要TMG和AsH3中一種純度不夠，遷移率就降低。早期源的純度不夠高曾限制了MOVPE技術(shù)的應(yīng)用。目前采用一般的源可生長出載流子濃度小于1×1014／cm3，室溫遷移率大于6000cm2／VS的GaAs外延層?，F(xiàn)在是53頁\一共有91頁\編輯于星期五LP—MOVPE生長GaAsLP—MOVPE生長GaAs與常壓下MOVPE的比較。

(1)導(dǎo)電類型。對于常壓MOVPE生長，當(dāng)AsH3／TMG大時，外延層為N型，且載流子濃度隨此比值增加而增加，降低此比值到一定時則GaAs轉(zhuǎn)變成P型。對于LP—MOVPE來說，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)壓力減低時，AsH3的有效熱分解也減少，結(jié)果在襯底與氣體界而處的有效As濃度下降。因此，要在比常壓高的AsH3／TMG比值下，才能得到高遷移率N型GaAs材料。

(2)影響生長速度的因素。在1.3×103～1×105Pa的壓強和520～760℃的溫度范圍內(nèi)，研究LP—MOVPE生長GaAs的速率，結(jié)果是：

1)當(dāng)溫度、壓力、H2和AsH3流量不變時，生長速率與TMG流量成正比。

2)當(dāng)壓力、H2及AsH3和TMG流量不變時，生長速率與生長溫度關(guān)系不大。

3)其他條件不變時，生長速率與AsH3流量無關(guān)。

4)當(dāng)其他條件不變時，生長速率和系統(tǒng)總壓力關(guān)系不大?，F(xiàn)在是54頁\一共有91頁\編輯于星期五MOVPE生長摻雜的GaAsMOVPE生長摻雜GaAs時，摻雜劑與TMG、AsH3同時輸入反應(yīng)室。N型摻雜劑有H2Se、H2S、SiH4等；P型摻雜用DMZn、DEZn、DMCd等；用六羰基鉻摻雜可獲得半絕緣GaAs外延層?，F(xiàn)在是55頁\一共有91頁\編輯于星期五GaN材料的研究與應(yīng)用是目前全球半導(dǎo)體研究的前沿和熱點，是研制微電子器件、光電子器件的新型半導(dǎo)體材料，并與SIC、金剛石等半導(dǎo)體材料一起，被譽為是繼第一代Ge、Si半導(dǎo)體材料、第二代GaAs、InP化合物半導(dǎo)體材料之后的第三代半導(dǎo)體材料。它具有寬的直接帶隙、強的原子鍵、高的熱導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性好（幾乎不被任何酸腐蝕）等性質(zhì)和強的抗輻照能力，在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應(yīng)用方面有著廣闊的前景。7.2.5MOVPE法生長GaN現(xiàn)在是56頁\一共有91頁\編輯于星期五新型電子器件GaN材料系列具有低的熱產(chǎn)生率和高的擊穿電場，是研制高溫大功率電子器件和高頻微波器件的重要材料。目前，隨著MBE技術(shù)在GaN材料應(yīng)用中的進(jìn)展和關(guān)鍵薄膜生長技術(shù)的突破，成功地生長出了GaN多種異質(zhì)結(jié)構(gòu)。用GaN材料制備出了金屬場效應(yīng)晶體管（MESFET）、異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管(HFET)、調(diào)制摻雜場效應(yīng)晶體管（MODFET）等新型器件。調(diào)制摻雜的AlGaN/GaN結(jié)構(gòu)具有高的電子遷移率(2000cm2/v·s)、高的飽和速度(1×107cm/s)、較低的介電常數(shù)，是制作微波器件的優(yōu)先材料；GaN較寬的禁帶寬度(3.4eV)及藍(lán)寶石等材料作襯底，散熱性能好，有利于器件在大功率條件下工作?，F(xiàn)在是57頁\一共有91頁\編輯于星期五光電器件GaN材料系列是一種理想的短波長發(fā)光器件材料，GaN及其合金的帶隙覆蓋了從紅色到紫外的光譜范圍。自從1991年日本研制出同質(zhì)結(jié)GaN藍(lán)色LED之后，InGaN/AlGaN雙異質(zhì)結(jié)超亮度藍(lán)色LED、InGaN單量子阱GaNLED相繼問世。目前，Zcd和6cd單量子阱GaN藍(lán)色和綠色LED已進(jìn)入大批量生產(chǎn)階段，從而填補了市場上藍(lán)色LED多年的空白。藍(lán)色發(fā)光器件在高密度光盤的信息存取、全光顯示、激光打印機等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用市場。隨著對Ⅲ族氮化物材料和器件研究與開發(fā)工作的不斷深入，GaInN超高度藍(lán)光、綠光LED技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)商品化，現(xiàn)在世界各大公司和研究機構(gòu)都紛紛投入巨資加入到開發(fā)藍(lán)光LED的競爭行列?，F(xiàn)在是58頁\一共有91頁\編輯于星期五GaN的熔點約為2800℃，在這個溫度下氮的蒸氣壓可達(dá)4.5×109Pa．即使在1200～1500℃溫度范圍內(nèi)生長，氮的壓力仍然為1.5×109pa，并且N在Ga中的溶解度低于1％，因此，很難生長體單晶。由于得不到GaN襯底材料，所以GaN只能進(jìn)行異質(zhì)外延生長。目前作為實用的襯底材料的有SiC、藍(lán)寶石等，也在尋找新的襯底材料，如ZnO、Si、GaAs及某些鋰鹽等?，F(xiàn)在用于生長制備高亮度藍(lán)色發(fā)光二極管所需GaN系材料的方法是MOVPE,原料：以藍(lán)寶石(0001)為襯底，NH3和TMG為N和Ga源，H2為輸運氣體。二步外延法：由于GaN和襯底之間的失配大到15.4％，為此先用MOVPE法，在550℃左右，在襯底上先生長一層20～25nm厚的GaN的緩沖層，然后升溫至1030℃，接著生長GaN外延層?，F(xiàn)在是59頁\一共有91頁\編輯于星期五雙氣流MOVPE

由于GaN生長溫度高，GaN易分解，產(chǎn)生較多N空位。為了解決這個問題，采用雙氣流MOVPE(TWOFlowMOVPE，TF-MOVPE)系統(tǒng)。這個系統(tǒng)使用二組輸入反應(yīng)室的氣路。一路稱為主氣路，它沿與襯底平行方向輸入反應(yīng)氣體(NH3、TMG和H2混合物)。另一路稱為副氣路，它以高速度在垂直于襯底方向輸入H2和N2的混合氣體。副氣路輸入的氣體的作用是改變主氣流的流向和抑制生長GaN時的熱對流，從而生長了具有高遷移率的GaN單晶層。一般生長的非摻雜的GaN都是N型的，為了生長PN結(jié)結(jié)構(gòu)，要進(jìn)行摻雜。常用的N型摻雜源是SiH4，其摻雜濃度可達(dá)1017～1019／cm3。為了獲得P型GaN，首先要將非摻雜GaN的N型背景雜質(zhì)濃度降下來，再用二茂基鎂為源摻雜鎂，經(jīng)低能電子束輻射或在N2氣氛中700℃高溫退火可得到低阻P型GaN?，F(xiàn)在是60頁\一共有91頁\編輯于星期五現(xiàn)在是61頁\一共有91頁\編輯于星期五7-3液相外延生長(LPE)液相外延是從飽和溶液中在單晶襯底上生長外延層的方法

(Liquidphaseepitaxy，LPE)。它是1963年由納爾遜(H．Nelson)提出來的，與其他外延方法相比，它有如下的優(yōu)點：①生長設(shè)備比較簡單；②有較高的生長速率；③摻雜劑選擇范圍廣；④晶體完整性好，外延層位錯密度較襯底低；⑤晶體純度高，系統(tǒng)中沒有劇毒和強腐性的原料及產(chǎn)物，操作安全、簡便。由于上述的優(yōu)點，使它在光電、微波器件的研究和生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在是62頁\一共有91頁\編輯于星期五LPE的缺點1)當(dāng)外延層與襯底晶格常數(shù)差大于1％時，不能進(jìn)行很好的生長。2)由于分凝系數(shù)的不同，除生長很薄外延層外，在生長方向上控制摻雜和多元化合物組分均勻性遇到困難。3)LPE的外延層表面一般不如氣相外延好。

近年來，由于MOVPE等外延技術(shù)的發(fā)展，LPE的應(yīng)用受到了影響，特別是LPE很難重復(fù)生長超薄(厚度<10nm)的外延層，使它在超晶格，量子阱等低維結(jié)構(gòu)材料和器件制備方面遇到困難?，F(xiàn)在是63頁\一共有91頁\編輯于星期五液相外延的方法

液相外延的方法有許多種，按襯底與溶液接觸方式不同分為：舟傾斜法、浸漬法、旋轉(zhuǎn)反應(yīng)管法及滑動舟法等，其中滑動舟法最用?；瑒又鄯煞譃榻禍胤?瞬態(tài)生長)和溫差法(穩(wěn)態(tài)生長)

。降溫法1)先將Ga池與GaAs固體源接觸，使之達(dá)到飽和2)將Ga池與襯底接觸，以一定的速度降溫至溶液過飽和3)GaAs將在襯底上析出，達(dá)到所要求厚度4)將Ga池與襯底分開，停止生長。此法適于生長薄的單晶層?，F(xiàn)在是64頁\一共有91頁\編輯于星期五降溫法(瞬態(tài)生長)工藝

瞬態(tài)生長工藝應(yīng)用比較廣泛，按襯底片與源接觸情況不同又分成平衡冷卻、過冷、步冷和兩相溶液冷卻四種工藝。

平衡冷卻是在平衡溫度T1時，溶液與襯底接觸以恒定的冷卻速率降溫外延生長；

步冷溶液降溫至T<T1，溶液過飽和但不自發(fā)成核，再與襯底接觸，不再降溫，在此過冷溫度下進(jìn)行生長過冷溶液降溫至T<T1，溶液過飽和但不自發(fā)成核，再與襯底接觸，再以相同的速率降溫生長；

兩相溶液法先將溶液過冷并自發(fā)成核，長在溶液上方平衡片上，然后將此溶液與襯底接觸并繼續(xù)降溫生長。現(xiàn)在是65頁\一共有91頁\編輯于星期五溫差法1)溶液與上方的GaAs源片接觸，至達(dá)到平衡2)降低爐子下部溫度，在Ga池內(nèi)建立一定的溫度梯度(5～7℃／cm)3)推動舟，使Ga液與下面的襯底接觸。4)由于Ga液上下溫度不同，故它們對GaAs溶解度不同，于是高溫處GaAs源片溶解，而低溫處GaAs襯底上將生長GaAs，外延生長速率由Ga液中溫度梯度決定外延結(jié)束時，將Ga池推離襯底此法可避免在生長過程中由于降溫造成的雜質(zhì)分布的不均勻，使雜質(zhì)縱向均勻性和晶體完整性得到改善，并且GaAs析出量不受降溫范圍限制，適于生長厚外延層?，F(xiàn)在是66頁\一共有91頁\編輯于星期五液相外延生長膜的過程液相外延生長膜的過程可分為兩步：①物質(zhì)輸運，液相中溶質(zhì)通過擴散，對流輸運到生長界面。②界面反應(yīng)，包括溶質(zhì)在襯底表面上的吸附、反應(yīng)、成核、遷移、在臺階處被俘獲、副產(chǎn)物的脫附等步驟。反應(yīng)速度主要受擴散限制?，F(xiàn)在是67頁\一共有91頁\編輯于星期五GaAs液相外延的摻雜

系統(tǒng)自摻雜：影響外延層中雜質(zhì)的因素很多，如源、器具的純度，系統(tǒng)的密封性，接觸溫度，采用的工藝條件等。減少自摻雜的措施：液相外延的器具要用高純石墨制造并在外延前經(jīng)高真空高溫處理，可除去Cr，Mn，F(xiàn)e，Ni，Cu，zn，Se等雜質(zhì)。高溫烘烤還有利于除去能產(chǎn)生深能級的氧。另外系統(tǒng)要嚴(yán)密，外延系統(tǒng)磨口接頭用純N2保護(hù)，這些都有助于減少氧沾污。殘留雜質(zhì)對生長層的純度也有影響。現(xiàn)在是68頁\一共有91頁\編輯于星期五GaAs液相外延的摻雜

摻雜劑，N型的有碲Te，錫Sn，硒Se；P型用Zn，Ge．

N型：Sn在GaAs中溶解度大，蒸氣壓低，分凝系數(shù)很小(K≈10-4)，可生長摻雜濃度很寬的均勻的N型GaAs外延層。摻雜濃度可達(dá)8×1018／cm3，且不受生長溫度和襯底晶向的影響，是最常用的N型摻雜劑。Te、Se的蒸氣壓高，分凝系數(shù)大(K≈1，5)，很難進(jìn)行均勻摻雜。一般不使用Te和Se摻雜。

P型：

Ge的蒸氣壓、分凝系數(shù)和擴散系數(shù)都比Zn低，因而是最常用的摻雜劑。

Zn在GaAs中溶解度和分凝系數(shù)大，為了獲取陡峭的雜質(zhì)分布和形成良好的電極接觸材料，也常用來做摻雜劑?，F(xiàn)在是69頁\一共有91頁\編輯于星期五GaAs液相外延的摻雜半絕緣GaAs：摻Cr可得到電阻率高達(dá)107Ω·cm的半絕緣GaAs。兩性雜質(zhì)

Si在GaAs中是兩性雜質(zhì)，它替代Ga時起施主作用，替代As時起受主作用，施主與受主的濃度差與生長溫度有關(guān)。當(dāng)生長溫度高于轉(zhuǎn)型溫度Tc時析出N型GaAs，低于轉(zhuǎn)型溫度Tc時析出P型GaAs。

(轉(zhuǎn)型溫度因襯底晶向，冷卻速度，摻Si濃度不同而略有差異)。一般情況下，LPE生長的摻雜GaAs外延層中載流子濃度與生長溫度、生長速率和襯底晶向有關(guān)。現(xiàn)在是70頁\一共有91頁\編輯于星期五7-4分子束外延生長(MBE)分子束外延(molecularbeamepitaxy，MBE)是在超高真空條件下，用分子束或原子束輸運源進(jìn)行外延生長的方法。在超高真空中，分子束中的分子之間以及分子束的分子與背景分子之間幾乎不發(fā)生碰撞。分子束外延與其他外延方法相比具有如下的優(yōu)點：①源和襯底分別進(jìn)行加熱和控制，生長溫度低，如GaAs可在500℃左右生長，可減少生長過程中產(chǎn)生的熱缺陷及襯底與外延層中雜質(zhì)的擴散，可得到雜質(zhì)分布陡峭的外延層；②生長速度低(0.1-1nm/s)，利用快門可精密地控制摻雜、組分和厚度，是一種原子級的生長技術(shù)，有利于生長多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)；③MBE生長不是在熱平衡條件下進(jìn)行的，是一個動力學(xué)過程，因此可以生長一般熱平衡生長難以得到的晶體；④生長過程中，表面處于真空中，利用附設(shè)的設(shè)備可進(jìn)行原位(即時)觀測，分析、研究生長過程、組分、表面狀態(tài)等?，F(xiàn)在是71頁\一共有91頁\編輯于星期五分子束外延生長MBE作為重要的超薄層生長技術(shù)，已廣泛用于生長Ⅲ一V、Ⅱ一Ⅵ、Ⅳ～Ⅵ族等化合物及其多元化合物的單晶層，制做結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能優(yōu)異的各種器件。缺點：MBE設(shè)備比較復(fù)雜，價格昂貴，使用時消耗大量液氮。某些元素如Zn的粘附系數(shù)較小，用這類元素?fù)诫s尚有困難。過去，由于MBE生長速率慢，每次只生長一片，因此只限于研究使用，目前，生產(chǎn)型的MBE已投入市場?，F(xiàn)在是72頁\一共有91頁\編輯于星期五MBE的設(shè)備MBE設(shè)備主要由真空系統(tǒng)、生長系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)等組成。

MBE生長系統(tǒng)以不銹鋼結(jié)構(gòu)為主體，由三個真空室連接而成，分別為襯底取放室、襯底存儲傳送室和生長室。三個室之間用高真空閥門連結(jié)，各室都能獨立地做到常壓和高真空轉(zhuǎn)換而不影響其他室內(nèi)的真空狀態(tài)。這三個室均與由標(biāo)準(zhǔn)機械泵、吸附泵、離子泵、液N2冷阱、鈦升華泵等構(gòu)成的真空系統(tǒng)相連，以保證各室的真空度均可達(dá)到1×10-8～1×10-9Pa，外延生長時，也能維持在10-7Pa的水平.為了獲得超高真空，生長系統(tǒng)要進(jìn)行烘烤，所以生長系統(tǒng)內(nèi)的附屬機件應(yīng)能承受200~250℃的高溫，并且具有很高的氣密性。現(xiàn)在是73頁\一共有91頁\編輯于星期五MBE的設(shè)備生長室內(nèi)設(shè)有多個內(nèi)有BN或石英、石墨制的坩堝，外繞鎢加熱絲并用熱電偶測溫的溫控爐。分別用來裝Ga、In、Al和As以及摻雜元素Si(N型摻雜)、鈹Be(P型摻雜)。溫度控制精度為±0．5℃。在熱平衡時氣態(tài)分子(或原子)從坩堝開口處射出形成分子束射向襯底。由在爐口的快門控制分子束的發(fā)射與中止。監(jiān)控系統(tǒng)一般包括四極質(zhì)譜儀，俄歇譜儀和高、低能電子衍射儀等?，F(xiàn)在是74頁\一共有91頁\編輯于星期五質(zhì)譜分析法是通過對被測樣品離子的質(zhì)荷比的測定來進(jìn)行分析的一種分析方法。被分析的樣品首先要離子化，然后利用不同離子在電場或磁場的運動行為的不同，把離子按質(zhì)荷比（m/z）分開而得到質(zhì)譜，通過樣品的質(zhì)譜和相關(guān)信息，可以得到樣品的定性定量結(jié)果。

低能電子衍射利用10-500eV能量電子入射，通過彈性背散射電子波的相互干涉產(chǎn)生衍射花樣。低能電子衍射儀可分析晶體表面結(jié)構(gòu)。俄偈電子：原子中一個K層電子被入射光量子擊出后，L層一個電子躍入K層填補空位，此時多余的能量不以輻射X光量子的方式放出，而是另一個L層電子獲得能量躍出吸收體，這樣的一個K層空位被兩個L層空位代替的過程稱為俄歇效應(yīng)，躍出的L層電子稱為俄歇電子。俄歇譜儀通過檢測俄偈電子的能量和強度，可獲得表層化學(xué)成分的定性或定量信息，用來檢測表面成分，化學(xué)計量比，表面沾污等現(xiàn)在是75頁\一共有91頁\編輯于星期五MBE生長原理MBE生長過程可分為兩個步驟：一是源蒸發(fā)形成具有一定束流密度的分子束,并在高真空條件下射向襯底；二是分子束在襯底上進(jìn)行外延生長現(xiàn)在是76頁\一共有91頁\編輯于星期五MBE生長原理1．源的蒸發(fā)

MBE使用的分子束是將固態(tài)源裝在發(fā)射爐中靠加熱蒸發(fā)而得到的。這對于元素比較簡單，但對于化合物半導(dǎo)體則比較復(fù)雜，如一個二元化合物MX(M為金屬，x為非金屬)，在蒸發(fā)源處于熱平衡狀態(tài)時，易揮發(fā)性組分的束流比難揮發(fā)組分要大得多，因此用化合物做揮發(fā)性組分的源比較合適，比如用GaAs做As源就能提供合適的分子束流，而Ga及摻雜元素一般用其本身做源?，F(xiàn)在是77頁\一共有91頁\編輯于星期五MBE生長過程

入射到襯底表面的分子(或原子)與襯底表面相互作用，有一部分分子生長在襯底上生長在襯底上的分子數(shù)與入射的分子數(shù)之比稱為黏附系數(shù)。不同種類的分子與襯底表面作用是不同的，例如Ⅲ族(Ga)原子與GaAs襯底表面發(fā)生化學(xué)吸附作用，因此，在一般的生長溫度，其粘附系數(shù)為1。而V族(As)分(原)子則先是物理吸附，經(jīng)過一系列物理化學(xué)過程后一部分轉(zhuǎn)為化學(xué)吸附，因此，它的粘附系數(shù)與襯底表面的分子(原子)狀態(tài)及溫度等密切相關(guān)。

以As為源形成分子束時，一般得到的是As4分子束，而以GaAs為源或在高溫下分解As4時可得到As2分子束。這兩種分子束在GaAs襯底上的行為好像相同，先被物理吸附形成弱束縛狀況，然后再進(jìn)行化學(xué)吸附結(jié)合到晶格格點上。但這兩者的具體過程上卻是不同的，所生長的GaAs的性質(zhì)也有一些差別?，F(xiàn)在是78頁\一共有91頁\編輯于星期五當(dāng)As2束入射到GaAs上時，先形成物理吸附，并以As2的形式在表面移動，遇到As空位時(有Ga原子時)，As2便分解成As，變?yōu)榛瘜W(xué)吸附，形成Ga-As鍵，生長在晶格點上。如果沒有As空位(沒有Ga原子)時，As2不分解并且脫附或在600K的溫度下形成As4而脫附。若表面有很多空位(Ga原子)時，As2的粘附系數(shù)將接近1?，F(xiàn)在是79頁\一共有91頁\編輯于星期五入射的是As4束時，如襯底溫度為450～600K，并且沒有Ga束入射，As4的粘附系數(shù)為零入射Ga束時，入射的As4主要處于物理吸附狀態(tài)并在表面上進(jìn)行遷移。一部分As4進(jìn)入化學(xué)吸附，另一部分移動的As4與被化學(xué)吸附的As4結(jié)合，分解成As原子，有的生成新的As4而脫附，As4的附著系數(shù)不會超過0.5的原因?，F(xiàn)在是80頁\一共有91頁\編輯于星期五MBE生長GaAs1．一般生長過程拋光好的GaAs的襯底，常規(guī)清潔處理后裝入襯底取放室中。抽真空以避免空氣進(jìn)入生長室，在襯底取放室、存儲傳送室、生長室都處于高真空的條件下，將襯底分步送入生長室中。對所有的源進(jìn)行加熱排氣處理。待真空達(dá)到要求后，對襯底進(jìn)行處理。因為經(jīng)常規(guī)清潔處理后的襯底表面，用俄歇譜儀分析時，發(fā)現(xiàn)有氧和碳沾污。氧在高真空下加熱很容易被除去，但除碳比較困難。因此，在外延生長前用Ar+濺射處理以除去碳等沾污。但要注意防止Ar+濺射帶來的新的沾污，同時濺射后還要進(jìn)行熱處理以消除由濺射引起的損傷。現(xiàn)在是81頁\一共有91頁\編輯于星期五MBE生長GaAs

如果使用Ga和As為源，在Ga：As為束流比為1：10，生長速率為0.1～0.2nm／s的條件下生長GaAs，則Ga爐溫為約950℃，而As爐溫約300℃，Ga爐溫度必須精確控制，襯底溫度一般為500℃，以Ga和As為源其束流可單獨控制，并可保證As源能在較長的時間內(nèi)使用。利用GaAs作為As2源，雖然較元素As便于控制束流，其缺點是As很快耗盡?，F(xiàn)在是82頁\一共有91頁\編輯于星期五GaAs的摻雜1、自摻雜在半絕緣的襯底上生長非摻雜的GaAs外延層，本底雜質(zhì)濃度取決于外延系統(tǒng)的清潔度、生長室殘余雜質(zhì)及源的純度等，一般雜質(zhì)濃度在l×1015／cm3，并且常常是高阻。

2、摻雜

N型摻雜劑有Si、Ge、Sn。它們的粘附系數(shù)都接近于1。常使用Sn，Sn比Ge容易獲得高的遷移率，Sn也比Si容易處理。缺點是在表面有一定程度的分凝但Si和Ge具有較強的兩性特性，既可做施主又可以做受主。除Sn之外，Si