CS219127B1

CS219127B1 - Způsob transportu galliumarsenidu v parní fází

Info

Publication number: CS219127B1
Application number: CS800581A
Authority: CS
Inventors: Arnost Hruby; Bedrich Stepanek
Original assignee: Arnost Hruby; Bedrich Stepanek
Priority date: 1981-11-02
Filing date: 1981-11-02
Publication date: 1983-02-25

Abstract

Způsob transportu galliumarsenidu v parní fázi o zvýšené výtěžnosti. Vynález se týká způsobu transportu galliumarsenidu v parní fázi pomocí transportního činidla, jako je halogen nebo halogenid, v teplotním gradientu a za sníženého tlaku, při kterém se do reakčního prostoru obsahujícího galliumarsenid a transportní činidlo před vakuováním a hermetickým uzavřením přidá 0,05 až 0,5 mg elementárního arsenu. Metodu se zvýšenou efektivností transportu galliumarsenidu lze s výhodou využít například pro epitaxní růst, pro deposici tenkých vrstev, popřípadě pěstování monokrystalů.

Description

Vynález se týká způsobu transportu galliumarsenidu v parní fázi o zvýšené výtěžnosti pomocí vhodných transportních činidel.

Jedním ze způsobů přípravy krystalků a tenkých vrstev z galliumarsenidu je transport v parní fázi, a to v uzavřené soůstavě. Soustavu většinou představuje ampule z křemenného skla, která v teplejší části obsahuje polykrystalický galliumarsenid a v níž panuje tlak řádově 1.10~⁴ Pa; materiál je dokonale odplyněn a jako transportní činidla obvykle slouží halogeny nebo halogenidy [J. Bouix a kol.: J. Cryst. Growth 38, 61 (1977); také R. Hillel a kol.: J. CrysL Growth 38, 67 (1977) ].

Na chladnější straně ampule dochází k ukládání galliumarsenidu ve formě krystalu nebo tenké vrstvy. Nevýhodou dosavadního způsobu je malý výtěžek, to jest málo efektivní transport materiálu v časové jednotce, který při střední teplotě 1150 K obvykle činí 1.10”³ m/den.

Jako Transportní činidlo se až dosud užíval jód [G. R. Antell: Brit. J. áppl. Physics 12, 687 (1961); viz též G. R. Antel a kol.: J. electrochem. Soc. 106, 509 (1959) H. R. Berkmayer a další: J. electrochem. Soc. 108, 1165-.(-1961)..atd.]_______

Navazování jódu a potom snížení tlaku v ampuli působilo technické potíže, poněvadž jód má za normální teploty vysokou tensi páry a je třeba zvláštních opatření, aby -se v ampuli zachovalo určité množství jódu při současném udržení stanovené hodnoty sníženého tlaku. Proto se v poslední době jód nahrazuje méně těkavým jodidem gallia, jodidem arsenu, chloridem amonným nebo jodidem amonným, popřípadě i jinými látkami.

Výše uvedené nevýhody nemá způsob transportu galliumarsenidu v parní fázi pomocí transportního činidla, jako jsou halogen nebo halogenid, v teplotním gradientu a za sníženého tlaku, jehož podstata spočívá v tom, že se do reakčního prostoru obsahujícího galliumarsenid a transportní činidlo přidá před hermetickým uzavřením a snížením tlaku v prostoru 0,05 až 0,50 mg elementárního arsenu.

Vynález je založen na poznatku, že tense páry samotného galliumarsenidu při teplotě reakce je velmi nízká a tím je omezena rychlost reakce a její časová výtěžnost. Po přidání volného arsenu v množství 0,1 mg na 1.10⁶ m³ objemu reakčního prostoru stoupne výtěžek 5 až lOkrát. Tak je možno získat vrstvu galliumairsenidu o tloušťce 10 až 12.10³ m/den, při teplotě 1100 až 1150 K a za užití jodidu gallia jako transportního činidla přidaného k volnému arsenu.

Výhodou způsobu podle vynálezu je, že se tímto zvýšením výtěžnosti v transportu v parní fázi stává příprava krystalů, popřípadě tenkých vrstev ekonomicky výhodnější nežli doposud užívané průmyslové metody.

Aparatura je velmi jednoduchá a sestává z běžné odporové pece s běžnou regulací. Protože jde o uzavřenou soustavu, není k práci zapotřebí vysoce čistých nosných plynů, popřípadě jiných pomocných prostředků jako například grafitu, čističek plynů, neoxidujících kovových materiálů, vysokých pracovních teplot, extrémně přesných a tudíž nákladných regulátorů teplot atp. Jediným nevratným pomocným prostředkem jsou křemenné ampule jejichž cena však není podstatná. Především však není zapotřebí žádných mimořádných investic a spotřeba energie je velmi nízká, neboť příkon pece činí asi 500 W.

Metodu se zvýšenou efektivností transportu galliumarsenidu podle tohoto pracovního postupu lze s výhodou využít například pro epitaxní růst, pro deposici tenkých vrstev, popřípadě pěstování monokrystalů, přičemž z hlediska ekonomie metoda svou jednoduchostí, pořizovacími a' provozními náklady a výlohami za mzdy vysoce předčí dosud známé a užívané pracovní postupy.

Výhody tohoto řešení jsou zřejmé z následujících příkladů provedení.

Příklad 1

Do křemenné ampule o průměru 3,5 cm a délce 25 cm se umístí polykrystalický galliumarsenid ve tvaru malých kousků o maximálním průměru 5 mm. Ampule se vyčerpá na tlak 0,1 mPa a současně se zahřívána teplotu v rozmezí 800 až 900K až prchavé látky a adsorbované plyny vytékají a ustaví se stálá hodnota vakua. Materiál se za sníženého., tlaku ochladí na pokojovou. teplotu a do ampule se přidá 0,5 mg jodidu arsenu na 1 jum³ a 0,5 mg arsenu na 1 μπι³ volného reakčního prostoru. Na to se ampule znovu vyčerpá na vakuum 0,1 mPa, avšak bez zahřívání. Po zrušení vakua ise ampule zataví a umístí se do svislé elektrické odporové pece o vnitřním průměru 4 cm, a to· tak, že dolní část ampule se nachá-zí v prostoru o teplotě 1170 K a horní část je v prostředí o teplotě 115Q K. Během 24 hodin vznikne v horní části reakčního prostoru vrstva galliumarsenidu o tloušťce 1 cm.

Za vhodného teplotního a časového režimu se některou známou metodou může takto připravit i monokrystal galliumarsenidu.

Příklad 2

Do křemenné ampule o- průměru 3,3 cm a o délce 26 cm se vpraví polykrystalický galliumarsenid ve tvaru malých kousků o maximálním průměru 5 mm. Ampule se vyčerpá na vakuum 0,1 mPa za současného zahřívání na teplotu 800 až 900 K, až se po vytékání prchavých látek a adsorbovaných plynů ustaví stálá hodnota vakua. Materiál se za sníženého tlaku ochladí na pokojovou teplotu a do ampule se přidá 0,5 mg

S chloridu amonného a 0,06 mg arsenu, u každého počítáno na 1 μηι³ volného reakčního prostoru. Na to se ampule opět vyčerpá na vakuum 0,1 mPa, avšak bez zahřívání. Po zrušení vakua ampule se zataví a umístí do elektrické odporové svislé pece o vnitřním průměru 4 cm, a to tak, že dolní část ampule se nachází v prostředí 0^! teplotě 1150

Claims

Způsob transportu galliumarsenidu v parní fázi pomocí transportního činidla, jako je halogen nebo halogenid, v teplotním gradientu a za sníženého tlaku, vyznačující se

K a horní část je v prostoru o teplotě 1130 K. V horní části reakčního prostoru vznikne během 24 hodin vrstva galliumarsenidu o tloušťce 1 cm.

Za vhodného teplotního a časového režimu se takto připraví známým způsobem monokrystal galliumarsenidu.

tím, že do reakčního prostoru obsahujícího galliumarsenid a transportní činidlo -se před vakuováním a hermetickým uzavřením přidá 0,05 až 0,5 mg elementárního arsenu.