Beredningsprocess av galliumarsenidmaterial
Sedan 1950-talet har en mängd galliumarsenid-enkla kristalltillväxtmetoder utvecklats. Nuvarande vanliga industriella tillväxtprocesser innefattar flytande förseglad raksträckning (LEC), horisontell Brijman-metod (HB), vertikal Brijman-metod (VB) och vertikal gradientstärkning (VGF).
1. Flytande förseglad Czochralski (LEC)
LEC-metoden är huvudprocessen för odling av icke-dopad halvisolerande galliumarsenid-enkelkristall (SI GaAs). För närvarande odlas mer än 80% av halvisolerande galliumarsenidkristaller på marknaden med LEC-metoden. LEC-metoden använder en grafitvärmare och en PBN-smältkropp och använder B2O3 som ett flytande tätningsmedel för att utföra galliumarsenidkristalltillväxt i en argonatmosfär av 2 MPa. Den största fördelen med LEC-processen är att den har hög tillförlitlighet och är lätt att växa med enkla kristaller med lång diameter. Kristallkolhalten är kontrollerbar och de halvisolerande egenskaperna hos kristallerna är bra. De viktigaste nackdelarna är att kemiska doser är svåra att kontrollera, värmefältets temperaturgradient är stor (100 ~ 150 K / cm) och kristallens dislokationstäthet är upp och ojämn. Japans Hitachi Cable Co., Ltd. inledde första gången en 6-tums LEC GaAs-enkristall produktionslinje 1998. Företaget installerade världens största GaAs-enkristallugn vid den tiden, med en diameter på 400 mm, en matningskapacitet på 50 kg, och en 6-tums enda tillväxt. Kristallängden når 350 mm. År 2000 rapporterade Freiberger den 8-tums galliumarsenidkristall som utvecklats av världens första LEC-process.
2. Horisontell Bridgman (HB)
HB-metoden var en gång huvudprocessen för massproduktion av halvledar (lågresistent) galliumarsenidkristall (SC GaAs), med användning av kvartsbåtar och kvartsrör för att växa under normalt tryck, med hög tillförlitlighet och stabilitet. Fördelen med HB-metoden är att arsenångan kan användas för att exakt styra kroppens stökiometriska förhållande och temperaturgradienten är liten för att uppnå syftet att reducera dislokationer. Förskjutningstätheten av HB galliumarsenid-enkelkristall är mer än en storleksordning lägre än den för LEC galliumarsenid-enkelkristall. Den största nackdelen är att manar växer icke-dopade halvisolerande galliumarsenid-enkla kristaller, och det kristallgränssnitt som odlas är D-efternamn, vilket medför att ett stort materialavfall bearbetas till skivor. Samtidigt är det svårt att odla kristaller med stor diameter på grund av den bärande kapaciteten hos kvartsbåtar vid höga temperaturer. För närvarande är massproduktionen av HB-processen huvudsakligen i fallet med 2 tum och 3 tums kristaller, och den rapporterade maximala galliumarseniden av galliumarseniden är 4 tum. För närvarande finns det inte många företag som använder HB-processen för produktion av galliumarsenidmaterial. Med tiden för VB och VGF-processerna har HB-processen gradvis ersatts.
3. Vertikal Bridgman (VB)
VB-metoden är en kristalltillväxtprocess som utvecklades i slutet av 1980-talet. De syntetiserade galliumarsenidpolykristall-, B2O3- och frökristallerna packades i PBN-smältkropp och förseglades i en dammsugad kvartsflaska. Ugnskroppen placerades vertikalt. Tråden upphettas av en motståndstråd, och kvartsflaskan placeras vertikalt i mitten av ugnskroppen. Vid hög temperatur smälter galliumarsenidpolykristalen och smälts därefter med frökristallen och därefter flyttas kvartscylindern och smältkroppen nedåt genom stödstången genom en manövermekanism. Under en viss temperaturgradient växer den enkla kristallen långsamt från frökristalländen. VB-metoden kan växa en låg-resistent galliumarsenid-enkelkristall eller en halvisolerande galliumarsenid-enkelkristall med hög resistans. Den genomsnittliga EPD för kristallen är under 5000 / cm-2.
4. Vertikal Gradient Solidification (vertikal Gradient Freeze, refererad till som VGF)
Principen och tillämpningsfältet för VGF-processen och VB-processen är i stort sett lika. Den största skillnaden är att VGF-metoden avbryter kristallens vallmekanism och rotationsmekanismen. Datorn reglerar exakt det termiska fältet för långsamt att svalna och tillväxtgränssnittet rör sig uppåt från smältets nedre ände för att slutföra kristalltillväxten. Denna process gör kristalltillväxtgränssnittet mer stabilt på grund av eliminering av den mekaniska transmissionsmekanismen och är lämplig för odling av ultra-låg dislokation GaAs-enkelkristall. Nackdelen med VB- och VGF-processerna är att kristalltillväxten inte kan observeras och bedömas under kristalltillväxtprocessen och kristalltillväxtperioden är lång. För närvarande har den internationella kommersiella nivån kunnat producera 6-tums VB / VGF galliumarsenidkristaller. 2002 rapporterade Freiberger världens första 8-tums galliumarsenid-enkelkristall utvecklad genom VGF-processen.