Баганов Євген Олександрович. Керування умовами гетероепітаксійного росту з рідкої фази у неізоперіодній системі GaSb/InAs

Краткое описание

Баганов Євген Олександрович. Керування умовами гетероепітаксійного росту з рідкої фази у неізоперіодній системі GaSb/InAs : дис... канд. техн. наук: 05.27.06 / Херсонський національний технічний ун-т. — Херсон, 2006. — 178арк. — Бібліогр.: арк. 146-167.

Баганов Є.О. Керування умовами гетероепітаксійного росту з рідкої фази у неізоперіодній системі GaSb/InAs. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.06 Технологія, обладнання та виробництво електронної техніки, Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, 2006.
Дисертація присвячена дослідженню особливостей гетероепітаксії з рідкої фази у неізоперіодній системі GaSb-InAs, що утворює гетероперехід ІІ роду. Проведено теоретичний аналіз процесів, які мають місце під час гетероепітаксії GaSb/InAs, визначено умови, що забезпечують планарність гетеромежі і епітаксійного шару та основні вимоги до методу епітаксії.
Побудована математична модель і розроблений комп’ютерний алгоритм для процесів тепломасопереносу, що мають місце при використанні методу імпульсного охолодження насиченого розчину-розплаву, а також запропонованого методу. За допомогою моделювання визначені технологічні режими для забезпечення розрахованих теоретично умов росту.
Запропоновано нову методику рідкофазної епітаксії, що використовує охолодження тильної сторони підкладки потоком газу, що подається ззовні реактора і надає змогу керувати умовами росту як на початкових стадіях, так і на протязі усієї епітаксії. Практично реалізовано касету, що містить додатковий тепловий вузол, для застосування цієї методики. Експериментально отримані планарні гетероепітаксійні структури GaSb/InAs.

За допомогою моделювання процесів тепломасопереносу проаналізована можливість керування у методі імпульсного охолодження насиченого розчину-розплаву такими параметрами епітаксії як температурно часові профілі на фронті кристалізації, швидкість росту і товщина епітаксіального шару, відтворюваність товщини епітаксійних шарів, що отримані циклічним повтором операцій цього методу. За допомогою метода ІОНРР експериментально продемонстрована можливість керування процесами епітаксії для отримання планарних гетероепітаксійних шари GaSb на підкладці InAs без утворення проміжних шарів твердих розчинів InxGa1-xAsySb1-y. Показано, що використання метода ІОНРР при гетероепітаксії структур GaSb/InAs доречно для отримання тонких шарів, що не потребують багаторазового повторення циклів ІОНРР.
Запропоновано і практично реалізовано нову методику рідкофазної епітаксії, що дозволяє керувати процесом епітаксії шляхом охолодження підкладки потоком газу. Спосіб та технологічна оснастка захищені Патентами України № 14281 та № 14302. Розроблено математичну модель і комп’ютерний алгоритм, що дозволяє визначати необхідні теплові потоки у підкладці для отримання необхідних температурно-часових профілів на фронті кристалізації і швидкостей росту епітаксійного шару, а також часову залежність витрат газу-охолоджувача, що забезпечує ці потоки у процесі епітаксії. На прикладі гетероепітаксії GaSb/InAs експериментально підтверджено можливість керу-вання умовами росту як на початкових стадіях, так і на протязі усієї епітаксії.
Розроблено алгоритм та проведено моделювання процесів, що відбуваються при контакті підкладки з термодинамічно нерівноважним відносно неї розчином-розплавом, з використанням рівнянь когерентної діаграми станів. Встановлено технологічні умови, які забезпечують стійкість підкладки InAs при контакті з нерівноважним розчином-розплавом Ga+Sb. Визначено контактне переохолодження для цієї системи: 3,5 С і 4,7 С для підкладок InAs з орієнтацією (100) та (111) відповідно при температурі насичення розчину Sb у розплаві Ga 450оС;
Проведено моделювання розподілу напружень в гетероепітаксіальній структурі GaSb/InAs при наявності сітки дислокацій невідповідності. Визначена критична товщина епітаксійного шару антимоніду галію (50 нм для орієнтації (100) та 55 нм для орієнтації (111) при утворенні крайових дислокацій та 70-75 нм при утворенні 60 похилих дислокацій);

Визначені необхідне переохолодження розчину-розплаву в процесі росту (5,8 С для орієнтації (100) та 7,8 С для орієнтації (111)) і швидкість росту епітаксійного шару GaSb на підкладках InAs (2,53,5 нм/с для орієнтації (100), 22-31 нм/с для орієнтації (111)) до релаксації механічних напружень в епітаксійному шарі для забезпечення планарної поверхні останнього при температурі початку епітаксії 450оС.