第7章 III-V族化合物的外延生长
气相外延生长(VPE)
- 主要有以下三种方法：
- 卤化物法外延生长
- 氢化物法外延生长
- 金属有机物气相外延法
金属有机物气相外延生长MOVPE
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名称解释
以（Ⅲ族、Ⅱ族金属有机物）+（Ⅴ族、VI族氢化物）为源材料，通过热分解方式在衬底上进行外延生长Ⅲ-Ⅴ，Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体及它们的多元化合物的薄层单晶。
MOVPE技术的主要特点
- 适应性强，几乎可以生长所有化合物及合金半导体
- 可通过精确控制各种气体流量控制外延层组分、厚度及电学、光学性质
- 可以迅速改变多元化合物组分和杂质浓度，可生长原子级的超薄层及多层、异质机构材料；易于生长超晶格、量子阱
- 单温区外延，需要控制的参数少，易于生长大面积薄膜，易于产业化
- 源及产物中不含HCl，设备不被腐蚀，自掺杂低
液相外延生长(LPE)
从饱和溶液中在单晶衬底上生长外延层的方法
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示例，分析
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。
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溶液在温度时与GaAs接触，这时溶液为饱和态，GaAs衬底将不溶解。
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。
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液相外延的优点及主要问题
- 优点：
- 设备简单
- 生长温度低，350～900℃
- 生长速度较快 0.1mm/min
- 外延层中点缺陷、位错较低
- 不使用剧毒、强腐蚀性原料
- 掺杂剂选择范围广
- 主要问题：
- 外延层的表面形貌较差
- 厚度不易控制，很难生长单分子层或超薄层
- 不易进行异质外延和生长晶格失配较大外延层(<1%)
- 优点：
分子束外延生长(MBE)
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名称解释
分子束外延，在在超高真空中，分子束中的分子之间以及分子束的分子与背景分子之间几乎不发生碰撞，以此逐层生长
GaAs的MBE的生长动力学
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GaAs提供As源
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动力学过程：
当束入射到GaAs上时，先形成物理吸附，并以的形式在表面迁移。
遇到As空位时(有Ga原子时)，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，不分解并且脱附或在600K的温度下形成而脱附
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影响黏附系数的因素：
若表面有很多空位(Ga原子)时，的粘附系数将接近1
若衬底温度在775~800K时，的粘附系数为0.1~0.15
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As提供As源
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动力学过程
入射Ga束时，入射的主要处于物理吸附状态并在表面上进行迁移。
一部分As4进入化学吸附
另一部分移动的与被化学吸附的结合，分解成As原子，有的生成新的而脱附。
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影响黏附系数的因素：
入射束时，如没有Ga束入射，的粘附系数为零。
在450-600K时，As4能发生分解反应而生成As，所以能生长Ga
=1:1的GaAs。粘附吸收小于0.5。
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化学束外延生长(CBE)
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