Моделирование диффузионных процессов изотермической жидкофазной эпитаксии полупроводников

• Автор: Савченко, Владислав Анатольевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 135 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Анализ теоретических вопросов получения полупроводников методом жидкофазной эпитаксии и моделей для оценки их электрофизических свойств. Цель и задачи исследования
1.1. Анализ теорий и моделей процессов получения полупроводников методом жидкофазной эпитаксии
1.2. Анализ моделей диффузионных процессов жидкофазной эпитаксии полупроводников
1.3. Обоснование цели и задач диссертационного исследования
Выводы к главе
Глава 2. Модели диффузионных процессов жидкофазной эпитаксии полупроводников при пересыщении раствора - расплава за счет его предварительного охлаждения'.;.;..;. ’;
2.1. Скорость роста эпитаксиального слоя
2.2. Распределение легирующей примеси по толщине слоя
2.3. Режим предварительного охлаждения раствора-расплава
2.4. Режим равномерного предварительного охлаждения раствора-расплава
2.5. Режим неравномерного предварительного охлаждения раствора-расплава
2.6. Модельный случай пересыщения, возникающий при смешивании растворов-расплавов
2.7. Кинетика осаждения: кинетический и диффузионный режимы
Выводы к главе
Глава 3. Жидкофазная эпитаксия полупроводников при пересыщении раствора-расплава за счет поглощения летучего компонента кристаллизующегося вещества из газовой фазы. Модель процесса
3.1. Предположения и допущения при моделировании процесса
3.2. Модель процесса
3.3. Модельные соотношения для скорости роста, толщины слоя и распределения примеси
Выводы к главе
Глава 4. Некоторые вопросы численного моделирования диффузионных процессов изотермической жидкофазной эпитаксии и предложения по использованию результатов исследований при получении
полупроводников
4.1. Разработка алгоритма численного моделирования диффузионных процессов изотермической жидкофазной эпитаксии
полупроводников
4.2. Исследование точности и сходимости результатов численного моделирования диффузионных процессов изотермической
жидкофазной эпитаксии полупроводников
4.3. Предложения по использованию результатов исследования при получении полупроводников методом изотермической
жидкофазной эпитаксии
Выводы к главе
Заключение
Библиографический список использованной литературы
Приложение
Алгоритм численного моделирования диффузионных процессов
изотермической жидкофазной эпитаксии полупроводников
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Одним из наиболее широко используемых в полупроводниковой оптоэлектронике способов получения эпитаксиальных слоев и многослойных эпитаксиальных композиций является их кристаллизация из растворов-расплавов, называемая жидкофазной эпитаксией (ЖФЭ). При его осуществлении под раствором-расплавом понимают слабый раствор кристаллизуемого компонента (или компонентов) в легкоплавком, чаще всего металлическом, растворителе. Растворитель может быть расплавом одного из основных компонентов кристаллизующегося соединения и твердого раствора, например, расплав галлия при получении эпитаксиальных слоев ОаАэ. Им может служить также расплав легкоплавкого легирующего элемента, например, расплав олова при получении легированных оловом эпитаксиальных слоев ОаАз.
Метод ЖФЭ привлекает к себе внимание технологов по полупроводниковым материалами с тех пор, как в 1963 г. было опубликовано первое сообщение о получении таким способом автоэпитаксиальных слоев германия и арсенида галлия, использованных для изготовления туннельных диодов. За истекшие почти 40 лет развития метода ЖФЭ установлено, что кристаллизация из раствора полупроводника в расплавленном металле имеет ряд преимуществ перед другими способами получения эпитаксиальных слоев, в частности, молекулярно-лучевой и парофазной эпитаксией (ПФЭ). Основные из этих преимуществ заключаются в следующем:
кристаллизацию можно проводить при весьма низких температурах в зависимости от состава расплава, что позволяет получать полупроводниковые материалы с низкой концентрацией точечных дефектов;
непосредственно перед кристаллизацией в том же расплаве происходит полирующее травление поверхности подложки, при этом снимается тонкий слой вместе с поверхностными загрязнениями;
отсутствуют повышенные требования к защитной атмосфере, если подложка полностью погружена в расплав;

2.1. Скорость роста эпитаксиального слоя
Для построения разработанной с участием автора и подробно описанной в [63] математической модели частной задачи нахождения скорости кристаллизации эпитаксиального слоя (потока кристаллизующегося вещества на границе кристаллизации) и его толщины расположим ось Ъ перпендикулярно поверхности подложки, причем начало оси г=0 совместим с внешней поверхностью кристаллизующегося эпитаксиального слоя.
Раствор-расплав толщиной I имеет некоторую избыточную концентрацию растворенного в нем кристаллизующегося вещества ССгД). Доставка этого вещества к поверхности кристаллизации в процессе роста эпитаксиального слоя осуществляется диффузионным механизмом. Жидкая фаза, обладающая определенной вязкостью, может перемешиваться либо принудительно, либо благодаря возникающей конвекции концентрационных потоков у поверхности кристаллизации [2]. В рассматриваемой модели конвекционная составляющая не принимается во внимание. Жидкость, прилипая к поверхности подложки, образуют пограничный слой толщиной 8, в котором перемешивания кристаллизующегося вещества не происходит, а доставка, так называемых “единиц роста” кристаллизующегося вещества, непосредственно к подложке осуществляется обычной диффузией [5].
Таким образом, плотность потока кристаллизующегося вещества, направленного к поверхности кристаллизации в пограничном диффузионном слое 8 равна

)с(2>1;) = -7Ес(2) = В-кинС(2Д)» 2 = 0> (2.1)

где: Оер - коэффициент диффузии “единиц роста” в пограничном слое 8;
К-кщ, - кинетический коэффициент кристаллизации,