Galyum arsenit materyali hazırlama işlemi
1950'lerden bu yana, çeşitli galyum arsenit tek kristalli büyüme yöntemleri geliştirilmiştir. Mevcut ana endüstriyel büyüme süreçleri sıvı sızdırmaz düz çekme (LEC), yatay Brijman yöntemi (HB), dikey Brijman yöntemi (VB) ve dikey gradyan katılaşma (VGF) içerir.
1. Sıvı Mühürlü Czochralski (LEC)
LEC yöntemi, katkılı olmayan yarı-yalıtkan galyum arsenit tekli kristalini (SI GaA'lar) büyütmek için ana işlemdir. Halen, piyasadaki yarı yalıtımlı galyum arsenit tekli kristallerinin% 80'inden fazlası, LEC yöntemiyle yetiştirilmektedir. LEC metodu bir grafit ısıtıcı ve bir PBN pota kullanır ve 2 MPa argon atmosferinde galyum arsenit kristal büyümesini gerçekleştirmek için sıvı bir sızdırmazlık maddesi olarak B2O3 kullanır. LEC sürecinin temel avantajı, yüksek güvenilirliğe sahip olması ve uzun çaplı tek kristallerin yetiştirilmesi kolay olmasıdır. Kristal karbon içeriği kontrol edilebilir ve kristallerin yarı yalıtıcı özellikleri iyidir. Başlıca dezavantajları şunlardır: Kimyasal dozu kontrol etmek zordur, termal alanın sıcaklık gradyanı büyüktür (100 ~ 150 K / cm) ve kristalin çıkma yoğunluğu yüksektir ve dengesizdir. Japonya'nın Hitachi Cable Co., Ltd., ilk olarak 1998 yılında 6 inç LEC GaAs tek kristal üretim hattı kurdu. Şirket, o zaman dünyanın en büyük GaAs tek kristal fırınını kurdu, o zaman 400 mm çapında, 50 kg besleme kapasitesi, ve 6 inçlik tek bir büyüme. Kristal uzunluğu 350 mm'ye ulaşır. 2000 yılında, Freiberger, dünyanın ilk LEC süreci tarafından geliştirilen 8 inçlik galyum arsenit tekli kristalini bildirdi.
2. Yatay Bridgman (HB)
HB yöntemi, bir zamanlar normal basınç altında büyümek için kuvars botlar ve kuvars tüpler kullanarak, yüksek güvenilirlik ve stabilite ile yarı iletken (düşük dirençli) galyum arsenit tekli kristalinin (SC GaAs) seri üretimi için ana işlemdi. HB yönteminin avantajı, arsenik buharının vücudun stokiyometrik oranını tam olarak kontrol etmek için kullanılabileceği ve sıcaklık gradyanının çıkıkları azaltma amacına ulaşmak için küçük olmasıdır. HB galyum arsenit tekli kristalinin yerinden çıkma yoğunluğu, LEC galyum arsenit tekli kristalinkinden daha düşük bir büyüklük derecesinden daha fazladır. Başlıca dezavantajı, erkeklerin katkılı olmayan yarı-yalıtkan galyum arsenide tekli kristalleri büyütmesi ve yetiştirilen kristal ara yüzünün D soyadı olması, bu da gofretler halinde işleme sürecinde büyük bir malzeme israfına neden olacaktır. Aynı zamanda, yüksek sıcaklıklarda kuvars botların taşıma kapasitesi nedeniyle büyük çaplı kristallerin yetiştirilmesi zordur. Şu anda, HB işleminin seri üretimi esas olarak 2 inç ve 3 inç kristalleri durumundadır ve galyum arsenitinin bildirilen maksimum galyum arseniti 4 inçtir. Şu anda, gallium arsenit malzemelerinin üretimi için HB işlemini kullanan pek çok şirket yoktur. VB ve VGF işlemlerinin vadesiyle birlikte, HB süreci yavaş yavaş değiştirildi.
3. Dikey Bridgman (VB)
VB yöntemi 1980'lerin sonunda geliştirilen bir kristal büyüme sürecidir. Sentezlenen galyum arsenit polikristal, B2O3 ve tohum kristalleri, PBN potaya dolduruldu ve vakumlu bir kuvars şişeye kapatıldı. Fırın gövdesi dikey olarak yerleştirildi. Tel bir direnç teli ile ısıtılır ve kuvars şişe dikey olarak fırın gövdesinin ortasına yerleştirilir. Yüksek bir sıcaklıkta, galyum arsenit polikristal eritilir ve daha sonra tohum kristal ile kaynaşır ve daha sonra kuvars silindir ve pota, manevra mekanizması vasıtasıyla destek çubuğu tarafından aşağı doğru hareket ettirilir. Belirli bir sıcaklık gradyanı altında, tek kristal tohum kristal ucundan yavaşça büyür. VB metodu, düşük dirençli bir galyum arsenit tekli kristal veya yüksek dirençli bir yarı-izolasyonlu galyum arsenit tekli kristal yetiştirebilir. Kristalin ortalama EPD'si 5.000 / cm-2'nin altındadır.
4. Dikey Degrade Katılaşma (Dikey Degrade Donma, VGF olarak adlandırılır)
VGF işleminin ve VB işleminin prensibi ve uygulama alanı temel olarak benzerdir. En büyük fark, VGF yönteminin kristal düşen taşıma mekanizmasını ve dönen mekanizmayı iptal etmesidir. Bilgisayar, yavaş yavaş soğuma için termal alanı tam olarak kontrol eder ve büyüme arayüzü, kristal büyümesini tamamlamak için eriyiğin alt ucundan yukarı doğru hareket eder. Bu işlem, mekanik transmisyon mekanizmasının ortadan kaldırılması nedeniyle kristal büyüme arayüzünü daha stabil kılar ve ultra-düşük dislokasyon GaAs tek kristalinin büyümesi için uygundur. VB ve VGF işlemlerinin dezavantajı, kristal büyümesinin kristal büyüme prosesinde gözlemlenemediği ve değerlendirilemediği ve kristal büyüme süresinin uzun olmasıdır. Şu anda, uluslararası ticari seviye 6-inç VB / VGF galyum arsenit kristallerini seri üretebilmiştir. 2002'de, Freiberger, VGF işlemi tarafından geliştirilen dünyanın ilk 8 inç galyum arsenit tek kristalini bildirdi.