07章-III-V族化合物半导体的外延生长课案.ppt

半导体材料;第七章III-V族化合物半导体的外延生长;气相外延生长;7-1-1卤化物法外延生长GaAs;卤化物法外延生长GaAs;7-1-2 氢化物法外延生长GaAs;7-2 金属有机物化学气相沉积;MOVPE技术;金属有机化合物的名称及其英文缩写;MOVPE的特点;MOVPE的特点;MOVPE设备;MOVPE设备;MOVPE设备;MOVPE设备;MOVPE设备;7-2-3 MOVPE生长GaAs;MOVPE生长GaAs;影响GaAs生长的因素;影响GaAs生长的因素;LP-MOVPE生长GaAs;MOVPE生长掺杂的GaAs;MOVPE法生长GaN;双气流MOVPE;液相外延生长(LPE);LPE的缺点;液相外延的相平衡原理;由图可知，用Ga做溶剂，在低于GaAs熔点的温度下生长GaAs晶体。如Ga溶液组分为CL1，当温度T=TA时，它与GaAs衬底接触，此时A点处于液相区，故它将溶掉GaAs衬底(俗称吃片子)。 GaAs衬底被溶解后，溶液中As量增大，A点朝右移动至A’后，GaAs才停止溶解， 如组分为CL1的Ga溶液在温度TB时与GaAs接触，这时溶液为饱和态，GaAs将不溶解??降温后溶液变成过饱和，这时GaAs将析出并沉积在GaAs衬底上进行外延生长。;液相外延的方法;降温法(瞬态生长)工艺;温差法;液相外延生长膜的过程;GaAs液相外延的掺杂;GaAs液相外延的掺杂;GaAs液相外延的掺杂;分子束外延生长(MBE);分子束外延生长;MBE的设备;MBE的设备;质谱分析法是 通过对被测样品离子的质荷比的测定来进行分析的一种分析方法。被分析的样品首先要离子化，然后利用不同离子在电场或磁场的运动行为的不同，把离子按质荷比（m/z）分开而得到质谱，通过样品的质谱和相关信息，可以得到样品的定性定量结果。 低能电子衍射利用10-500eV能量电子入射，通过弹性背散射电子波的相互干涉产生衍射花样。低能电子衍射仪可分析晶体表面结构。 背散射电子：被固体样品的原子核反弹回来的一部分入射电子 俄偈电子 当原子内层因电离激发而留下一个空位，较外层电子向这一能级跃迁使原子释放能量过程中，可以发射一个具有特征能量的X-ray光子，也可以将这部分能量交给另一外层电子引起进一步电离，从而发射一个具有特征能量的电子，此电子称为俄偈电子 。 俄歇谱仪通过检测俄偈电子的能量和强度，可获得表层化学成分的定性或定量信息，用来检测表面成分，化学计量比，表面沾污等 ;MBE生长原理;MBE生长原理;MBE生长过程;当As2束入射到GaAs上时，先形成物理吸附，并以As2的形式在表面移动， 遇到As空位时(有Ga原子时)，As2便分解成As，变为化学吸附，形成Ga-As键，生长在晶格点上。 如果没有As空位(没有Ga原子)时，As2不分解并且脱附或在600K的温度下形成As4而脱附。 若表面有很多空位(Ga原子)时，As2的粘附系数将接近1。 ;入射的是As4束时，如衬底温度为300～450K，并且没有Ga束入射，As4的粘附系数为零;MBE生长GaAs;MBE生长GaAs;GaAs的掺杂;化学束外延生长(CBE);CBE生长设备;CBE的生长机理;CBE生长机理;作业;其他外延生长技术;ALE的基本特点是交替供应两种源气体，使反应物在衬底表面形成化学吸附的单层，再通过化学反应使另一种反应物源也单层覆盖。如此交替。 当每一步表面覆盖层精确为一层时，生长厚度才等于单层厚度乘上循环数。在GaAs(100)方向上一次循环所得到的生长厚度为0．283 nm。经过多年的研究，ALE的实验装置有水平的，也有垂直的，有衬底旋转的，也有气流中断方式的，有的还有光照或激光诱导等装置。;ALE的优点;ALE生长方式的主要缺点是生长速率慢，循环时间长。 有很多人采用很多办法来降低循环时间，提高生长速度，比如进行光照，但比起目前通常的外延方式，尤其是与MOCVD 比起来，其生长速度是非常慢的。 ;电化学原子层外延(ECALE)技术;溶液池;ECALE的表面限制反应是欠电位沉积(UPD)。欠电位沉积是指一种元素可在比其热力学可逆电位正的电位下沉积在另一种物质上的现象。这是由于沉积原子以某种方式与衬底发生作用，以致与衬底直接接触的那一层原子的沉积电位出现在自身元素上沉积所需电位之前。 理论上，在UPD电位下，在沉积了一层① 原子的衬底上沉积一层②原子，如图2(左)所示。 ;化学原子层外延(ECALE)技术的基本原理原子层外延生长的原理是利用表面限制反应逐次地形成沉积物的原子层，由一个个原子层相继交替沉积而形成的薄膜将成为外延的二维生长。如果将表面限制反应推广到化合物中不同元素的单原子层沉积，并让各元素单原子层的相继交替沉积组成一个循环，则每个循环的结果是生成一个化