При разработке технологии выращивания монокристаллов
При разработке технологии выращивания монокристаллов любого полупроводникового материала определяют:
1) условия, при которых обеспечивается надежное получение монокристаллов с заданной кристаллографической ориентацией, с оптимальными размерами и стехеометрической формой;
2) влияние условий выращивания монокристаллов на возникновение в них линейных и точечных дефектов,
3) условия введения в растущий кристалл легирующих примесей и зависимость их концентрации и распределения в объеме монокристалла от условий выращивания;
4) влияние примесей на возникновение в монокристаллах различных структурных несовершенств, а также влияние структурных дефектов на характер распределения примесей.
Для выращивания монокристаллов можно использовать процессы кристаллизации из расплавов, из паровой фазы или из растворов кристаллизующегося вещества в соответствующем растворителе.
Во всех этих случаях механизм роста кристалла, т. е. механизм присоединения атомов питающей фазы к растущему кристаллу, подчиняется законам повторимого роста.
Между кристаллом и окружающей его средой всегда существует переходный слой, который образует физическую границу раздела фаз. Все атомы или молекулы, переходящие из одной фазы в другую, некоторое время находятся в том слое, в котором происходят процессы, обусловливающие рост кристалла. Так, например, при выращивании монокристаллов многих полупроводниковых материалов атомы кристаллизующегося вещества выделяются в результате гетерогенной химической реакции, происходящей на поверхности растущего кристалла. При этом в переходном слое устанавливаются сложные химические равновесия, малейшие отклонения от которых вызывают резкие локальные изменения в кинетике роста.
Таким образом, состав и природа питающей фазы в значительной мере определяют кинетику роста, а изменения состава и внешних условий — возникновение различных несовершенств.
Выбор метода выращивания монокристаллов каждого данного вещества основывается в первую очередь на изучении его физических и химических свойств.
Так, если вещество характеризу ется очень высокой температурой плавления, большой упругостью пара и большой химической активностью, то практически процесс выращивания монокристаллов из расплава может оказаться настолько трудно осуществимым, что целесообразнее применить более медленные и менее производительные процессы выращивания из паровой фазы или из раствора.
Некоторые свойства веществ нередко ограничивают выбор метода выращивания; особое значение при этом имеет их химическая активность. Выращивание монокристаллов полупроводников осуществляют с целью получения материала с контролируемыми и воспроизводимыми свойствами, которые зависят от природы и концентрации примесей, присутствующих в решетке кристалла. Поэтому выбранный метод должен в первую очередь обеспечивать сохранение чистоты исходных веществ и возможность введения в решетку кристалла соответствующей примеси или точечного дефекта с определенной концентрацией. Следовательно, технология получения монокристаллов полупроводников связана с большим числом физико-химических задач. Кроме того, процессы выращивания монокристаллов должны осуществляться при строго контролируемых условиях: точное регулирование температуры и ее распределения, постоянство давления газообразных компонентов процесса, постоянство скорости механических передвижений.
Технология получения монокристаллов полупроводниковых соединений мало чем отличается от выращивания монокристаллов элементарных веществ, только в первом случае необходимость проведения процессов в обогреваемых камерах, в которых должно поддерживаться определенное давление паров компонентов, является серьезным конструктивным затруднением. Поэтому наиболее производительные методы выращивания монокристаллов из расплавов и наиболее эффективные кристаллизационные методы их очистки не всегда применимы, вместо них используют методы получения кристаллов из растворов или из паровой фазы.
В основу общей классификации методов выращивания положены природа и состав питающей фазы:
1) рост из расплавов чистых веществ и расплавов, легированных примесями;
2) рост из растворов кристаллизуемого вещества в чистом растворителе или в растворителе, содержащем примесь;
3) рост из паровой фазы, когда она состоит из атомов или молекул элементов, образующих кристалл, и когда она состоит из различных химических соединений атомов, образующих кристалл.
