MBE (分子ビームエピタキシ) とMOCVD (金属有機化学蒸気堆積) の比較

MBE と MOCVD の共通特徴

作業環境

MBEとMOCVDクリーンルーム環境で動作する

適用範囲:

アルセニドなどの特定の材料システムでは,両方の技術が類似した表頭作用を生むことができる.

MBE と MOCVD の違い

MBE (分子ビームエピタキシ) 作業原理:

MBEは高純度元素前体を使用し,蒸発器で加熱して堆積のための分子束を形成する.通常は超高真空 (UHV) 状態で動作し,空気分子による汚染を防止します.

装置の構造:

MBEは,サンプル転送室と成長室で構成される.成長室は通常密閉され,保守中にのみ開く.基板は加熱装置に設置され,液体窒素で冷却された冷たいスクリーンで囲まれ,基板表面に捕らえない不純物や原子を捕らえる.

監視ツール:

MBEは,リフレクション高エネルギー電子 difrction (RHEED) のような現場モニタリングツールを使用して,成長表面,レーザー反射,温度測定,化学分析 (質量スペクトロメトリ)蒸発した材料の組成を分析する.他のセンサーは,温度,圧力,成長速度を測定し,プロセスパラメータをリアルタイムで調整する.

成長率:

通常,成長速度は1秒あたり単層の3分の" (0.1 nm, 1 Å) 程度である.これは流量速率 (基板表面に到達する原子の数,基質表面に到達する原子の数,基質表面に到達する原子の数) によって影響される.ソース温度) と基板温度によって制御される (これは基板上の原子の拡散とデソルプション特性に影響を与える)成長速度と材料供給は機械シャッターシステムによって制御され,三次および四次合金および多層構造の信頼性と繰り返しの成長が可能になります.

材料の特徴:

• シリコン:酸化物の吸収を保証するために,シリコン基板の成長には高温 (>1000°C) が必要である.これは特別なヒーターと基板の固定装置を必要とします.格子定数と熱膨張係数の不一致は,シリコン上のIII-V材料の成長を活発な研究テーマにしています.

• アンチモン:III-Sb半導体の場合は,表面からのデソルプションを防ぐために低基質温度が必要です.高温は不一致を引き起こす可能性があります.1つの原子種が優先的に蒸発される場合ストイキオメトリックではない比率で材料を残します.

• リンゴ:III-P合金では,ホッ素が室内に蓄積し,長い清掃プロセスを必要とし,短期間生産が不可能になる可能性があります.

• ストレンド層:通常,表面上の原子拡散を減らすために,低基質温度が必要で,それによって層のリラックスの可能性が減少します.これは欠陥を引き起こす可能性があります.原子の移動が減ったため,上軸層に穴が開く.封筒化して故障を引き起こす可能性があります.

MOCVD (金属・有機化学蒸気堆積) 作業原理:

MOCVDは化学蒸気プロセスで,極純のガス源を用いて堆積し,有毒ガスの取り扱いおよび処理を必要とする.金属有機前駆物 (III 組元素のトリメチルガリウムやV 組元素のアルシンとフォスフィンのような水素など) は,上軸層堆積に使用される..

装置の構造:

MOCVDは,高温で水冷却された反応室を搭載し,RF,レジスティブ,赤外線加熱で加熱されたグラフィートベースに基質を配置する.反応ガスは基板の上にあるプロセス室に垂直に注入される..

監視ツール:

MOCVDは基板表面の内部温度測定のために,放射性修正による温度測定を使用し,反射性は表面荒さと表軸成長率を分析するために使用される.レーザー反射は基板の屈曲を測定するために使用されます成長過程の精度と繰り返し性を向上させるために,有機金属の前駆物の濃度を追跡するのに役立ちます.

成長条件:

成長温度は主に前駆物の熱分解要件によって決定され,その後表面移動のために最適化されます.成長速度は,ガス相におけるIII-V金属有機源の蒸気圧によって支配される.アルミニウムを含む合金では,より高い温度 (>650°C) が通常成長に必要なが,リンベースの層は,より低い温度 (<650°C) で成長するが,AlInPは例外である可能性がある..

材料の特徴:

• 高圧層:慣例的にアセン化物とリン酸物を使用する能力により,GaAsPバリアやInGaAs量子井戸 (QWs) のようにストレスのバランスと補償が可能である.

• アントモニード:適切な前駆源が欠けているため,アンチモニド材料のMOCVD成長は限られており,AlSbに炭素が無意識 (通常は望ましくない) に組み込まれます.合金選択を制限し,アンチモニド増殖のためのMOCVDの使用を妨げる.

概要

監視オプション:

MBEは,通常,MOCVDよりも多くの局所モニタリングオプションを提供し,上軸成長は流量率と基板温度によって調整されます.これらのパラメータは別々に制御されます.より明確な調査を可能にします.成長過程をより直接的に理解する.

材料の適用性:

MOCVDは非常に汎用的な技術である.前駆物化学を変化させることで,化合物半導体,ナイトリド,酸化物を含む幅広い材料を堆積することができる.MOCVD室での清掃時間は,MBE室よりも速い.

応用上の利点:

MBEはSb材料の成長のための好ましい方法であり,MOCVDは通常P材料に好ましい.アーセニドベースの材料では,両方の技術が同様の能力を有します.量子ドットや量子カスケードレーザーなどMBEは,通常,基石化のための好ましい方法である.MOCVDは,エッチングとマスクの柔軟性により,後続的なエピタキアル再生のために好まれる.

特殊用途:

MOCVDは,分散フィードバック (DFB) レーザー,埋葬ヘテロ構造装置,および結合波導体の再成長に適しています.MOCVD はシングルチップの InP 統合にも使用されます単片チップ統合はまだ初期段階にあるが,MOCVDは,放射/吸収波長の分離を助け,選択領域の成長を達成することができる.この分野での課題がありますポリ結晶堆積が介電面膜に形成される傾向があるため

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