Proces wytwarzania materiału z arsenku galu
Od lat 50. XX wieku opracowano szereg metod wzrostu pojedynczego kryształu arsenku galu. Obecne główne procesy wzrostu przemysłowego obejmują prostoliniowy rysunek ciekły (LEC), poziomą metodę Brijmana (HB), pionową metodę Brijmana (VB) i zestalanie gradientu pionowego (VGF).
1. Liquid Sealed Czochralski (LEC)
Metoda LEC jest głównym procesem uprawy nie domieszkowanego półizolującego pojedynczego kryształu arsenku galu (SI GaAs). Obecnie ponad 80% półizolujących monokryształów arsenku galu na rynku jest uprawianych metodą LEC. Metoda LEC wykorzystuje podgrzewacz grafitowy i tygiel PBN i wykorzystuje B2O3 jako ciekły środek uszczelniający do przeprowadzania wzrostu kryształów arsenku galu w atmosferze argonu 2 MPa. Główną zaletą procesu LEC jest jego wysoka niezawodność i łatwy do wyhodowania monokryształów o dużej średnicy. Zawartość węgla krystalicznego jest kontrolowana, a właściwości półizolacyjne kryształów są dobre. Główne wady to: trudna do kontrolowania dawka chemiczna, gradient temperatury pola termicznego jest duży (100 ~ 150 K / cm), a gęstość dyslokacji kryształu jest podwyższona i nierówna. Japońska firma Hitachi Cable Co., Ltd. utworzyła w 1998 roku 6-calową linię do produkcji pojedynczych kryształów LEC GaAs. Firma zainstalowała wówczas największy na świecie jednokrystaliczny piec GaAs o średnicy 400 mm, o wydajności 50 kg, i 6-calowy pojedynczy wzrost. Długość kryształu osiąga 350 mm. W 2000 r. Freiberger zgłosił 8-calowy monokryształ arsenku galu opracowany w pierwszym na świecie procesie LEC.
2. Poziomy Bridgman (HB)
Metoda HB była kiedyś głównym procesem masowej produkcji półprzewodnikowych (o niskiej oporności) pojedynczych kryształów arsenku galu (SC GaAs), wykorzystujących łodzie kwarcowe i rury kwarcowe do wzrostu pod normalnym ciśnieniem, z wysoką niezawodnością i stabilnością. Zaletą metody HB jest to, że pary arsenu mogą być używane do precyzyjnej kontroli stosunku stechiometrycznego ciała, a gradient temperatury jest mały, aby osiągnąć cel zmniejszenia dyslokacji. Gęstość dyslokacji pojedynczego kryształu arsenku galu HB jest o ponad rząd wielkości niższa niż pojedynczego kryształu LEC-arsenku galu. Główną wadą jest to, że samce rosną nie domieszkowane półizolujące pojedyncze kryształy arsenku galu, a wyhodowany kryształ to nazwisko D, które spowoduje, że duże odpady materiału w procesie przetwarzania staną się opłatkami. Jednocześnie trudno jest hodować kryształy o dużej średnicy ze względu na nośność łodzi kwarcowych w wysokich temperaturach. Obecnie masowa produkcja procesu HB odbywa się głównie w przypadku 2-calowych i 3-calowych kryształów, a zgłaszany maksymalny arsenek galu arsenku galu wynosi 4 cale. Obecnie nie ma wielu firm, które wykorzystują proces HB do produkcji materiałów zawierających arsenek galu. Wraz z dojrzałością procesów VB i VGF proces HB został stopniowo zastąpiony.
3. Vertical Bridgman (VB)
Metoda VB jest procesem wzrostu kryształów, który opracowano pod koniec lat osiemdziesiątych. Zsyntetyzowany polikryształ arsenku galu, B2O3 i kryształy zaszczepiające zapakowano do tygla PBN i zamknięto w odkurzanej butelce kwarcowej. Korpus pieca został umieszczony pionowo. Drut jest ogrzewany drutem oporowym, a butelka kwarcowa jest umieszczona pionowo w środku korpusu pieca. W wysokiej temperaturze polikryształ arsenku galu topi się, a następnie stapia z kryształem zaszczepiającym, a następnie kwarcowy cylinder i tygiel przesuwają się w dół za pomocą pręta podtrzymującego przez mechanizm manewrowy. W pewnym gradiencie temperatury pojedynczy kryształ rośnie powoli od końca kryształu zaszczepiającego. Metoda VB może wyhodować monokryształ o niskiej oporności na arsenku galu lub o wysokim oporze półizolujący pojedynczy kryształ arsenku galu. Średnia EPD kryształu wynosi poniżej 5000 / cm-2.
4. Krzepnięcie w pionie gradientu (zatrzymanie gradientu pionowego, określane jako VGF)
Zasada i obszar zastosowania procesu VGF i procesu VB są zasadniczo podobne. Największa różnica polega na tym, że metoda VGF anuluje mechanizm opadającego kryształu i mechanizm obrotowy. Komputer precyzyjnie kontroluje pole cieplne, aby powoli się ochłodzić, a interfejs wzrostu przesuwa się w górę z dolnego końca stopu, aby ukończyć wzrost kryształów. Proces ten sprawia, że interfejs wzrostu kryształów jest bardziej stabilny dzięki eliminacji mechanicznego mechanizmu transmisji i nadaje się do uprawy pojedynczego kryształu GaAs o bardzo niskiej dyslokacji. Wadą procesów VB i VGF jest to, że wzrost kryształów nie może być obserwowany i oceniany podczas procesu wzrostu kryształów, a okres wzrostu kryształów jest długi. Obecnie międzynarodowy poziom handlowy był w stanie produkować masowo 6-calowe kryształy arsenku galu VB / VGF. W 2002 r. Freiberger poinformował o pierwszym na świecie 8-calowym monokryształu arsenku galu opracowanym w procesie VGF.