[其他]多层外延砷化镓的双源法和装置

说明书

本发明属于气相化学淀积领域，特别是和多层气相外延GaAs相关。

Te、Sn扩散系数小，Te又非两性，它们易于得到陡峭的高迁移率的多层结构。但它们都与Ga生成合金，并在源壳中分凝，因而无论是把它们掺入Ga中或放在Ga源前的任何方法都不稳定。后来R.Sankaran在J.Crystal Growth 50（1980）P859-864上提出的（C₂H₅）₂Te方法，不但费用贵，且有安全问题。本发明的目的，是提供一种经济实用而产品性能好的多层生长方法。其原理是利用AsCl₃-Ga-H₂系统源区中非平衡HCl的存在，因此可把重掺Te或Sn的GaAs单晶切片作杂源放于镓源后的腐蚀区内，就被腐蚀而贡献出掺杂剂，其量与杂源的温度、面积大小和本身的掺杂浓度相关。它们会有效地沉积于生长的衬底上（见Fumio、Hasegawa等Japan.J.appl.Phys.7（1968）P1342-1347）

附图说明：

图1为反应管及其内部结构。它由细的源区和粗的主要为沉积区的两种园柱状管组成。源分镓源（4）和杂源（7）两部分，中间借助于接于镓舟上部的托板（5）相连，又以多孔筛板（6）隔开，以防止杂源污染镓源。镓盛于一小长方体舟内，取小面积为的是源区中有足够的非平衡HCl。杂源由面积为1cm×1cm有一定取向的重掺体单晶切片，经机械化学抛光、腐蚀清洗吹干后放入磨好的紧密的凹槽（7）内，一般可放一至两片，其凹槽位置的选择见下文。通过反应管外的线圈（2）磁拉拉杆（3）前端封住的铁芯（1），以调整镓源和杂源的温度。尾勾（8）是为将拉杆（3）放入进气管（17）中和为取出整个源而用。沉积区的衬底托板（9）也磨好凹槽，同样为防止基片的滑动，它也被线圈（13）、铁芯（14）、拉杆（10）通过磁拉而前后移动。接于拉杆（10）后端的粗管（12）为防止磁拉时拉杆的转动，因为很重的铁芯是封在这个粗管的底部的。下方纳污管（11）为一半石英管其外径比反应管内径略小，以防其摇动，其上部的凹面为使拉杆移动时始终处于最低处而不离开其径向位置。纳污管头部位置要适当，以使反应管壁上没有GaAs沉积，这同时要求外延片的生长必需在沉积区的最前部。其尾端（16）为一外径与反应管内径大致密合的短管，其端口研磨到与反应管帽的半球形大致密合，并正对出气管（20）的接口。两个密合使通过管（15）进入的逆流保护气体绝大部分都经纳污管排出。标尺（18）、（19）为精确测定铁芯的位置。图中衬底托是水平生长的，当然可更换成立式生长的。除铁芯、线圈、标尺外，其它都用石英制成。

图2为炉温分布曲线。炉温除要求精确控制外，其分布尚有如下要求：

1、源恒温区的长度（BC）要稍大于镓源与首片杂源两相邻边界之间的距离，这是为了保证镓源在恒温区内拉动时，杂源可调到腐蚀区内任一温度，以得到较广泛的掺杂浓度。

2、前端炉口由550℃升到恒温区850℃前沿的距离（AB）要小于前述的镓源与杂源间距离，这主要为n⁺⁺层的生长，届时镓源可前拉至处于550℃以下其化学反应可忽略的“休息”状态，而杂源正处于850℃的恒温区。

3、饱和温度点（E）前，最好能调制出一小段（DE）梯度小的炉温曲线，这是为了能作到衬底的微腐蚀。

这些要求可通过炉温曲线的调制及杂源凹槽位置的调换而实现。

本法适用于由n⁺和n⁺⁺组成的各种多层结构。对杂源要求纵向横向均匀，没有杂质条纹，浓度在10¹⁸cm^-3以上。保证生长条件稳定，仍是重复性的基本条件，如气流流速、炉温等，尤其是生长温度，对于掺Te极为重要。在衬底装入反应管开始生长前，以及长完一层后新层开始生长前，都将衬底拉至微腐蚀区（DE），适当加大流速，同时调整镓源与杂源的温度位置，待镓源重新成壳或气相组分达到新的平衡状态后，调回流速，再将衬底拉至生长位置外延生长。为了防止杂源及镓源的氧化，装、取衬底最好在手套箱中进行。

本法的显著优点是：

1、过渡层小，浓度变化陡峭。