Основными реакциями, приводящими к образованию арсенида индия при участии МОС, можно назвать следующие:

· термическое разложение индивидуального МОС по схеме

RnInAs®InAs+nRH (23)

разложение происходит в атмосфере водорода;

· реакции элементоорганических производных, имеющими подвижный водород по схеме

(C2H5)3In+AsH3®InAs+3C2H6; (24)

· совместное разложение двух или более МОС или гидридов, приводящее к образованию твердых растворах на их основе.

В качестве источников индия и мышьяка для выращивания эпитаксиальных структур используются метил- и этил производные, эфираты триметил индия. Последние соединения в сравнении с триметилиндия более технологичны, так как менее реакционно способны и удобнее как в процессе очистки, так и при проведении процесса эпитаксиального наращивания.

Как правило, процесс осаждения термическим разложением МОС осуществляется в атмосфере водорода. Возможно проведение процесса также в смеси водорода и азота или только в азоте.

В зависимости от условий проведения процесса термического разложения арсенид индия может быть получен как в виде порошка, так и в виде эпитаксиально выращенных слоев.

Одним из преимуществ метода является легкость проведения легирования в процессе эпитаксиального наращивания. С этой целью применяют широкий ассортимент алкильных соединений элементов.

Из рассмотренных диаграмм парциальных давлений для хлоридного, хлоридно-гидридного метода и пиролиза триметилиндия с арсином в водороде следует, что максимальную область осаждения арсенида индия имеет система (CH3)3In-(CH3)3As-H2, минимальную система In-AsCl3-AsH3-H2. Из этого следует, что с учетом ограничений связанных с кинетикой, процесс получения эпитаксиальных структур арсенида индия с использованием МОС менее критичен к температуре, давлению и концентрации реагентов, а осуществление этого процесса возможно в более широком диапазоне, чем в случае хлоридного метода.

Важным вопросом с точки зрения развития метода получения эпитаксиальных структур арсенида индия с использованием МОС является возможность загрязнения слоев углеродом. Термодинамическим анализом процесса получения арсенида индия по реакции

(CH3)3In+AsH3®InAs+3CH4 (25)

показано, что переход углерода в слои арсенида индия за счет вторичных превращений углеводородов (метана, этана, этилена) в присутствии избытка арсина и водорода невозможно.

Получение эпитаксиальных полупроводниковых структур с использованием МОС открывает возможности стимулирования процессов газофазного выращивания под воздействием электромагнитного поля, лазерного и ультрафиолетового облучения.

Основными особенностями и преимуществами метода являются:

· простота конструкции реактора с одной высокотемпературной зоной;

· более низкая температура процесса, что уменьшает эффект самолегирования, улучшает профиль распределения концентрации по толщине слоя;

· возможность независимой регулировки исходных компонентов, что обеспечивает возможность получения эпитаксиальных слоев с любым заданным профилем распределения концентрации носителей заряда по толщине слоя;

· отсутствие травящих агентов (HСl) в системе позволяет осуществлять рост эпитаксиальных слоев на гетероподложках;

· возможность получать субмикронные эпитаксиальные слои (0.2-0.8 мкм), величина переходной области подложка-слой составляет 0.03-0.1 мкм.

Жидкофазная эпитаксия арсенида индия.

Несмотря на то, что получение эпитаксиальных слоев из паровой фазы является основным направлением в технологии изготовления полупроводниковых приборов процесс эпитаксиального оста из жидкой фазы в ряде случаев обладает некоторыми преимуществами к примеру

· при получении сильнолегированных слоев;

· p-n переходов высокого качества.

Выращивание эпитаксиальных слоев арсенида индия производится с использованием легкоплавких металлов или их смесей, которые могут быть как донорными так и акцепторными примесями в получаемых слоях.

На качество и электрофизические свойства эпитаксиальных слоев, выращиваемых из жидкой фазы, влияют следующие факторы:

· скорость охлаждения раствора-расплава;

· начальная равновесная температура раствора-расплава;

· увеличение веса растворяющего вещества сверх равновесного значения;

· соотношение объема расплава и контактирующей площади поверхности подложки с расплавом;

· физико-химическая природа растворителя и растворимого вещества;

· металлографическое состояние поверхности подложки;

· чистота используемых в процессе веществ и конструкционных материалов.

На рис.5 представлена схема установки для проведения процесса эпитаксиального роста из жидкой фазы, а на рис.6 изображена кривая нагрева печи в ходе процесса.

Рис. 5. Схема установки эпитаксиального роста из жидкой фазы: 1-держатель подложки; 2-полдложка; 3-держатель раствора-расплава; 4-раствор-расплав.

Рис. 6. Температурный профиль процесса эпитаксиального роста InAs из жидкой фазы.

Электронографические и металлографические исследования установили, что слои выращенные в высокотемпературных областях, имеют более совершенную структуру по сравнению с теми, которые которые получены в низкотемпературных областях.

Молекулярно лучевая эпитаксия арсенида индия.

МЛЭ - один из современных и много обещающих технологических методов выращивания тонких монокристаллических полупроводниковых структур.

Для осаждения эпитаксиальных пленок в МЛЭ используются управляемое испарение из термического источника (или одновременное испарение из нескольких источников) в условиях сверхвысокого вакуума. Типичная установка МЛЭ показана на рис. 7.

Рис.7. Схема установки для МЛЭ: 1-молекулярные или атомные источники с заслонками; 2-основная заслонка; 3-подложка; 4-аналитический блок.

Держатель подложки и источники атомных или молекулярных пучков - испарительные ячейки - находятся в условиях сверхвысокого вакуума, получаемого ионной откачкой. Испарительные ячейки представляют собой небольшие нагреваемые камеры (“стаканы”), открытые в сторону подложки. С целью уменьшения теплового взаимодействия и предотвращения взаимного загрязнения испарительные ячейки разделяют экранами, охлаждаемыми жидким азотом. Такой же экран помещают позади держателя образца для уменьшения загрязнения остаточной атмосферы в камере. С этой же целью держатели источников, подложки изготавливают из материалов с низким давлением паров, таких, как алунд, тантал, графит. Рабочий вакуум в ростовой камере близок к 10-8Па.

Для контроля молекулярных или атомных пучков и выращиваемых слоев непосредственно в процессе выращивания используются дифрактометр электронов высоких энергий “на отражение”, масс-спектрометр, оже-спектрометр и ионный вакуумметр, контролирующий нейтральные атомные пучки.

Возможность контроля непосредственно в процессе выращивания - одно из значительных преимуществ МЛЭ. В случае МЛЭ температура подложки может быть сравнительно невысокой (500-600ОС), что приводит к низкой скорости роста (порядка 0.1 нм/с) и низкой скорости объемной диффузии. Основная заслонка и заслонки испарительных ячеек позволяют очень быстро перекрывать пучки. Это дает возможность изменять состав или уровень легирования выращиваемых структур буквально на межатомном расстоянии.