Porównanie pomiędzy MBE (Epitaxy wiązki molekularnej) i MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)

Wspólne cechy MBE i MOCVD

Środowisko pracy:

Zarówno MBE jak iMOCVDdziałać w środowisku czystych pomieszczeń.

Zakres zastosowań:

W niektórych systemach materiałowych, takich jak arsenidy, obie techniki mogą wytwarzać podobne efekty epitaksyalne.

Różnice między MBE a MOCVD

MBE (Epitaxy wiązki molekularnej) Zasada działania:

MBE wykorzystuje wysokiej czystości pierwiastkowe prekursory, które są podgrzewane w parowniku w celu tworzenia wiązek molekularnych do osadzenia.Zazwyczaj działa w warunkach ultra wysokiej próżni (UHV), aby zapobiec zanieczyszczeniu cząsteczkami powietrza.

Struktura sprzętu:

MBE składa się z komory przenoszącej próbki i komory wzrostu. Komora wzrostu jest zazwyczaj zamknięta i otwierana tylko podczas konserwacji. Podłoże jest zamontowane na podgrzewanym urządzeniu,Ograniczona przez chłodny ekran chłodzony ciekłym azotem do wychwytywania zanieczyszczeń i atomów, które nie są wychwycone na powierzchni podłoża.

Narzędzia monitorowania:

MBE wykorzystuje narzędzia monitorowania in situ, takie jak odbicie dyfrakcji elektronów o wysokiej energii (RHEED) do monitorowania powierzchni wzrostu, odbicia laserowego, termografii,i analizy chemicznej (spektrometria masowa)Inne czujniki mierzą temperaturę, ciśnienie i szybkość wzrostu, aby regulować parametry procesu w czasie rzeczywistym.

Wskaźnik wzrostu

Zazwyczaj tempo wzrostu wynosi około jednej trzeciej monowarstwa na sekundę (0,1 nm, 1 Å).kontrolowane temperaturą źródła) i temperaturą podłoża (która wpływa na właściwości dyfuzyjne i desorpcyjne atomów na podłożu)Szybkość wzrostu i podaż materiału są kontrolowane przez mechaniczne systemy migawki, umożliwiające niezawodny i powtarzalny wzrost stopów trójstopniowych i czterostopniowych oraz struktur wielowarstwowych.

Charakterystyka materiału:

• Silikon:W celu zapewnienia desorpcji tlenków potrzebne są wysokie temperatury (> 1000°C) do wzrostu na podłożu krzemowym, co wymaga specjalnych grzejników i urządzeń podłoża.Niezgodność w stałych siatki i współczynnikach rozszerzenia termicznego sprawia, że wzrost materiałów III-V na krzemu jest aktywnym tematem badań.

• Antimon:W przypadku półprzewodników III-Sb wymagane są niskie temperatury podłoża, aby zapobiec desorpcji z powierzchni.W przypadku, gdy jeden gatunek atomowy jest preferencyjnie odparowywany, pozostawiając materiał z stosunkiem nie-stoichiometrycznym.

• Fosfor:W przypadku stopów III-P fosfor może się osadzać w komorze, co wymaga długiego procesu czyszczenia, co może uniemożliwić krótkie cykle produkcji.

• Włókna o masie nieprzekraczającej 10 mmZazwyczaj potrzebne są niższe temperatury podłoża, aby zmniejszyć dyfuzję atomową na powierzchni, zmniejszając tym samym prawdopodobieństwo rozluźnienia warstwy.ponieważ zmniejszona mobilność atomowa powoduje próżnię w warstwie epitaksjalnej, które mogą zostać zakapsułe i spowodować awarię.

MOCVD (metalowo-organiczne chemiczne osadzenie par) Zasada działania:

MOCVD jest procesem chemicznym parowym, który wykorzystuje ultraczyste źródła gazowe do osadzenia, wymagając obróbki toksycznych gazów i ich obróbki.Precursory metalowo-organiczne (takie jak trymethylgallium dla pierwiastków grupy III i hydrydy, takie jak arsyn i fosfinę dla pierwiastków grupy V) są stosowane do osadzenia warstwy nawierzchniowej.

Struktura sprzętu:

MOCVD posiada komorę reakcyjną o wysokiej temperaturze chłodzoną wodą, w której podłoże umieszcza się na bazie grafitowej ogrzewanej przez RF, rezystywne lub podczerwone ogrzewanie.Gazy reakcyjne są wstrzykiwane pionowo do komory procesowej powyżej podłoża.

Narzędzia monitorowania:

MOCVD wykorzystuje termografię z korektą emisywności do pomiaru temperatury in situ powierzchni podłoża; odblaskowość jest wykorzystywana do analizy chropowości powierzchni i szybkości wzrostu epitaksy.Odbicie laserowe jest używane do pomiaru gięcia podłoża, a monitorowanie ultradźwiękowe gazu pomaga śledzić stężenie prekursorów metali organicznych w celu poprawy dokładności i powtarzalności procesu wzrostu.

Warunki wzrostu:

Temperatura wzrostu jest głównie określana przez wymagania rozkładu termicznego prekursorów, a następnie zoptymalizowana pod kątem migracji powierzchniowej.Szybkość wzrostu zależy od ciśnienia pary źródeł organicznych metali III-V w fazie gazowejW przypadku stopów zawierających aluminium do wzrostu zazwyczaj wymagane są wyższe temperatury (>650°C), podczas gdy warstwy na bazie fosforu rosną w niższych temperaturach (<650°C), chociaż AlInP może stanowić wyjątek.

Charakterystyka materiału:

• Warstwy wysokiego naprężenia:Ze względu na możliwość konwencjonalnego wykorzystania arsenidów i fosforanów możliwe jest osiągnięcie równowagi i kompensacji naprężenia, na przykład z barierami GaAsP i studniami kwantowymi InGaAs (QW).

• Antimonidy:Wzrost MOCVD materiałów antimonidowych jest ograniczony, ponieważ brakuje odpowiednich źródeł prekursorów, co prowadzi do nieumyślnego (i zwykle niepożądanego) włączenia węgla do AlSb,który ogranicza wybór stopów i utrudnia stosowanie MOCVD do wzrostu antimonidów.

Podsumowanie

Opcje monitorowania:

MBE oferuje zazwyczaj więcej opcji monitorowania in situ niż MOCVD, przy czym wzrost epitaksyalny jest dostosowywany do natężenia strumienia i temperatury podłoża.W celu uzyskania lepszego, bardziej bezpośrednie zrozumienie procesu wzrostu.

Wykorzystanie materiału:

MOCVD jest bardzo wszechstronną techniką, dzięki której można złożyć szeroki zakres materiałów, w tym związki półprzewodnikowe, azotyny i tlenki.Czas czyszczenia w komorach MOCVD jest szybszy niż w MBE.

Zalety zastosowania:

MBE jest preferowaną metodą wzrostu materiału Sb, podczas gdy MOCVD jest zazwyczaj preferowana dla materiałów P. W przypadku materiałów na bazie arsenku obie techniki mają podobne możliwości.Dla bardziej zaawansowanych struktur, takich jak kropki kwantowe i lasery kwantowe., MBE jest zazwyczaj preferowaną metodą epitacji bazy. MOCVD jest często preferowana do późniejszego odrostu epitaxalnego ze względu na elastyczność w etasowaniu i maskowaniu.

Specjalne zastosowania:

MOCVD jest odpowiedni do laserów z rozproszonym sprzężeniem zwrotnym (DFB), urządzeń z zakopanymi heterostrukturami i odrodzenia połączonych przewodników fal, które mogą obejmować etycję półprzewodników in situ.MOCVD jest również używany do integracji InP na jednym chipiePodczas gdy integracja pojedynczego układu GaAs jest jeszcze na wczesnym etapie, MOCVD może osiągnąć wzrost obszaru selektywnego, pomagając w oddzieleniu długości fal emisji/absorpcji.ma wyzwania w tej dziedzinie, ponieważ na maskach dielektrycznych składają się osady polikrystaliczne.

Zalecenia dotyczące produktu

2'' N Podłoże półprzewodnikowe Si Dopant Gallium Arsenide GaAs DSP/SSP Wafer LD/LED