Оптимизация процесса МОС-гидридной эпитаксии слоев GaAs, AlxGa1-xAs и InxGa1-xAs на основе математической модели

• Автор: Косарев, Артем Михайлович
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 131 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Свойства соединений СаАБ, ЬгАэ, ААб и твердых растворов на их основе, учитывающиеся при производстве приборов оптоэлектроники

1.2. МОСгидридный метод получения эпитаксиальных слоев.

1.2.1. Исходные материалы.

1.2.2. Аппаратура для проведения процесса

1.2.3. Оптимизация процесса МОСгидридной эпитаксии с использованием математического моделирования

1.2.4. Характеристики эпитаксиальных слоев, получаемых на зарубежных и

отечественных установках.

1.3. Выводы по главе 1 и постановка задачи исследования

Глава 2. Технологический процесс и экспериментальная установка.
2.1. Режимы получения эпитаксиальных слоев соединений СаАэ, ААб, пАб и твердых растворов на их основе.
2.2. Характеристика экспериментальной установки
2.3. Методы контроля качества выпускаемых эпитаксиальных композиций
2.4. Выводы по главе 2.
Глава 3. Математическая модель процесса ПФЭХО по МОСгидридной технологии бинарных соединений А3В5 и твердых растворов на их основе
3.1. Математическое моделирование технологического процесса
3.2. Термодинамическая модель процесса МОСгидридной эпитаксии.
3.2.1. Расчет равновесного состава фаз.
3.2.2. Численное моделирование термодинамики процесса
3.2.3. Расчет параметра взаимодействия в твердых растворах.
.
.
3 .2.4. Расчет возможности гомогенного зародышеобразования.
3.3. Модель кинетики процесса
3.3.1. Трехмерная модель процесса осаждения эпитаксиальных слоев в прямоугольном реакторе горизонтального типа
3.3.2. Интерфейс трехмерной модели.
3.3.3. Двухмерная модель процесса осаждения эпитаксиальных слоев.
3.3.4. Интерфейс двухмерной модели.
3.4. Базы данных свойств соединений используемых в расчете.
3.5. Разработка модели роста слоев на вращающемся пьедестале.
3.6. Выводы по главе 3.
Глава 4. Компьютерное исследование процессов эпитаксии СаАя, АЦСахАв, пАв, ПхСтахАз. Адекватность модели.
4.1. Расчет равновесного состава фаз в процессе эпитаксии
4.1.1. Система ОаС2Н5зА5НзН2.
4.1.2. Система ОаС2Н5зА1СНззА5НзН
4.1.3. Система пСН3зСаС2Н5зА5НзН2.
4.2. Выбор соединения источника элемента третей группы.
4.3. Исследование кинетики процесса эпитаксии и адекватность модели
4.3.1. Трехмерная модель скоростного поля парогазовой смеси в зоне роста.
4.3.2. Трехмерная модель температурного поля в зоне роста на примере системы ОаС2Н5зА5НзН
4.3.3. Компьютерное исследование кинетики роста эпитаксиальных слоев ваАБ
4.3.4. Компьютерное исследование кинетики роста эпитаксиальных
слоев А1хОа.хА5.
4.3.5. Компьютерное исследование кинетики роста эпитаксиальных
слоев 1пхСа.хА8.
4.4. Выводы по главе
Общие выводы
Список литературных источников


Существует несколько методов получения эпитаксиальных слоев полупроводниковых соединений и твердых растворов на их основе хлоридногидридная эпитаксия, жидкофазная эпитаксия, молекулярнолучевая эпитаксия, МОСгидридная эпитаксия Последняя является наиболее перспективным, развивающимся методом, который выгодно отличается возможностью получения эпитаксиальных слоев на большой площади, невысокой скоростью роста, позволяющей выращивать квантоворазмерные слои, наличием одной температурной зоны в реакторе, что облегчает управление процессом, средней по сравнению с молекулярнолучевой эпитаксией и жидкофазной эпитаксией стоимостью оборудования, малой стоимостью исходных веществ. Важной особенностью метода является возможность выращивания широкого спектра многослойных композиций. Для улучшения характеристик приборов технологам необходимо решать задачи, связанные с уменьшением неоднородности толщины эпитаксиального слоя, состава твердого раствора и уровня легирования по поверхности подложки, а также к уменьшению концентрации фоновых примесей. А3В5 и твердых растворов на их основе МОСгидридным методом. Целью настоящей работы является создание математической модели процесса МОСгидридной эпитаксии соединений А3В5 и их твердых растворов в горизонтальном реакторе для оптимизации технологических параметров процесса, обеспечивающих однородность толщины, состава эпитаксиальных слоев и уменьшение концентрации фоновых примесей. Выявление технологических параметров, играющих доминирующую роль в достижении однородности толщины, состава, а также в снижении концентрации фоновых примесей в эпитаксиальных слоях. Обосновано применение двухмерной модели макрокинетики процесса МОСгидридной эпитаксии в горизонтальном реакторе прямоугольного сечения с геометрическим отношением ширины к высоте больше 6 и числе Рейнольдса меньше . Рекомендована для производства полученная технологическая зависимость, позволяющая определять состав исходной парогазовой смеси по желаемому составу твердого раствора Ix. Усовершенствованный интерфейс созданных по разработанным моделям программ позволяет рекомендовать их использование в учебном процессе при выполнении студентами курсовых и дипломных работ. Возможность использования двухмерной модели массо и теплопереноса в процессе роста в горизонтальном реакторе прямоугольного сечения для оптимизации технологических параметров с целью увеличения однородности толщины и состава эпитаксиальных слоев, а также снижения концентрации фоновых примесей. Математическая модель ростового процесса с учетом планетарного механизма вращения пьедестала с подложками в горизонтальном реакторе, позволяющая исследовать и оптимизировать параметры роста, влияющие на однородность толщины и состава эпитаксиальных слоев по поверхности подложек. Расчет содержания фоновых примесей в получаемых эпитаксиальных слоях по модели, описывающей термодинамику процесса МОСгидридной эпитаксии. Расчетная зависимость однородности толщины эпитаксиальных слоев , толщины и состава эпитаксиальных слоев x. Ixi. Достоверность результатов диссертационной работы не противоречит теоретическим основам и подтверждена практическими результатами, полученными на производственной установке СИГМОС0. Российская школа по кремнию июля года, Москва, МИСиС. По теме настоящей диссертации опубликовано три статьи. Глава 1. Электрические и оптические свойства являются определяющими при выборе материалов для производства приборов. При выборе материалов эпитаксиальных слоев для производства приборов оптоэлектроники важно наличие в материале прямозонных переходов. Определению зависимости энергетических зазоров от состава А1хЗа. А посвящен ряд работ. Зависимости Е8гх при комнатной температуре, полученные на основе данных Кейси и Паниша, согласуются с данными работы . На рис. А1хСа1. А. При производстве гетеролазеров представляет интерес интервал 0х0,, где существует прямозонный переход. На рис 1. СахАз , где прямозонный переход существует в интервале 0х1, однако, используется твердый раствор с содержанием индия 0х0,3, которое ограничивается разностью периодов решеток СаАБ и 1пА. О 0. Рис. Зависимость величины энергетических зазоров в А1хЗа. Рис. Зависимость величины энергетического зазора в 1пха. Оптические свойства эпитаксиальных структур учитываются при проектировании оптоэлектронных приборов. Спектральная зависимость показателя преломления АхСа. Ав представлена в работе . С ростом содержания алюминия в составе твердого раствора в диапазоне 0х0, коэффициент преломления А1хОа.