半导体电子材料与器件物理的发展（二）.pptVIP

气态源分子束外延系统 GaAs的分子束外延 激光器结构的外延生长工艺 GaAs或InP衬底的清洗 装衬底，进进样室 加热除气，准备室 传输到生长室 加热，解吸 开始生长 MBE growth of BaF2 on PbSe BaF2 on PbSe(111), 200nm, [-110] BaF2 on PbSe(100), 200nm, [-110] MOCVD生长GaN 氢化物毒气柜（Hydride Cabinets） 气路洁净：避免高纯气体污染 以及对外延膜的影响 用于MOCVD生长的气路控制系统 NH3、H2和Ar气的纯化 基本的安全原则和措施 安全考虑 Scrubbers(擦洗者) Ga(CH3)3 + NH3 GaN + 3CH4 1000oC Nakamura等设计的垂直双流MOCVD常压反应器 GaN外延片的生产主要采用MOCVD沉积的方法 GaN LED的专利技术大部分掌握在日本日亚公司。 常用衬底： 蓝宝石（Al2O3单晶), 6H SiC, ZnO 高纯源： 金属有机源： 三甲基镓(TMGa)---Ga--- (CH3)3Ga 三甲基铝(TMAl)---Al--- (CH3)3Al 三甲基铟(TMIn)---In--- (CH3)3In NH3--------N 二茂鎂Mg(C5H5)2 (Cp2Mg)---Mg: p-dopant SiH4---Si: n-dopant 低温480 -550 C 生长AlN或GaN缓冲层20nm 升高温度---1025 C，高温生长1025 C 生长器件结构 Mg的p-参杂需要退火激活. * 半导体电子材料与器件物理的发展（二） 吴惠桢 教授 浙江大学理学院物理系 浙江大学电子与无线电物理研究所 固体电子材料物理与器件实验室 教十二（204） E-mail： hzwu@ 网页： /lab/gtdz 电话： 0571移动电话《电子与无线电物理专题》 2009.4 第三讲：半导体材料的生长技术 (1)分子束外延 （MBE） (2)金属有机物化学气相沉积(MOCVD) (3)液相外延 （LPE） (1) 分子束外延（MBE） 分子束外延（MBE）是在超高真空条件下精确控制原材料的中性分子束强度，并使其在加热的基片上进行外延生长的一种技术。 ---超高真空状态下的真空蒸发 技术, 配有原位监测和分析系统，能够获得高质量、高纯度的单晶薄膜。 分子束外延是由美国Bell 实验室的A.Y. Cho, J.R. Arthur, L.L. Chang 在1973~1975年发明的[JAP, 46,1733; JVST 1973,10:11],之后得到了迅速发展。 首先是GaAs, 然后是II-VI族（ZnSe, CdTe, CdHgTe）, IV-VI族（PbSe, PbTe）,进展巨大，是半导体光电子和微纳电子器件的最重要技术之一。 Diagram of a typical MBE system growth chamber Solid-Source MBE (SS-MBE) group-III and -V molecular beams. 2. The Gas-Source MBE (GS-MBE) III-V semiconductors, group-V materials are hydrides such as arsine (AsH3) or phosphine (PH3) 实验表明生长GaAs, InP等III－V化合物半导体， 离子H的 引入有利于提高外延膜的质量。 3. Metalorganic MBE (MO-MBE) group-III materials are metalorganic compounds. e.g., TMGa(三甲基镓) and TMIn （三甲基铟） group-V materials are hydrides such as arsine (AsH3) or phosphine (PH3) 兼有固态源分子束外延和MOCVD的优点： 界面陡峭的异质结构和超薄层 环境非常干净 容易配置原位表面监测仪器 MBE种类 (Types of MBE) 生产的MBE公司 美国Veeco公司 英国Oxford公司 法国Riber公司 德国、日