Procés de preparació del material d'arseniuro de gal·li
Des de la dècada dels cinquanta, s'han desenvolupat diversos mètodes de creixement d'un cristall d'arsènido de galio. Els processos de creixement industrial actuals actuals inclouen el dibuixat rectificat hermèticament (LEC), el mètode Brijman horitzontal (HB), el mètode Brijman vertical (VB) i la solidificació vertical del gradient (VGF).
1. Czochralski segellat amb líquids (LEC)
El mètode LEC és el principal procés per al creixement d'un sol cristal d'arsènido de galio semisoluble (SI GaAs). En l'actualitat, el mètode LEC creix més del 80% de cristalls aïllats d'arsènic de galio en el mercat. El mètode LEC utilitza un escalfador de grafit i un gresol PBN i utilitza B2O3 com a agent de segellat líquid per dur a terme un creixement de cristall d'arsenià de gal·li en una atmosfera d'argó de 2 MPa. El principal avantatge del procés de LEC és que té una alta fiabilitat i és fàcil de cultivar cristalls individuals de gran diàmetre. El contingut de carboni de vidre és controlable i les propietats semisolants dels cristalls són bones. Els principals desavantatges són: la dosi química és difícil de controlar, el gradient de temperatura del camp tèrmic és gran (100 ~ 150 K / cm), i la densitat de dislocació del cristall és elevada i desigual. La companyia japonesa Hitachi Cable Co., Ltd. va establir per primera vegada una línia de producció de cristall de 6 polzades de LEC GaAs en 1998. La companyia va instal·lar el forn de cristall senzill GaAs més gran del món en aquell moment, amb un diàmetre de 400 mm, una capacitat d'alimentació de 50 kg, i un creixement únic de 6 polzades. La longitud del cristall arriba als 350 mm. L'any 2000, Freiberger va informar el pols de 8 polzades d'un sol arsenat de galio desenvolupat pel primer procés del LEC del món.
2. Bridgman horitzontal (HB)
El mètode HB va ser un dels principals processos per a la producció massiva de semiconductors (baixa resistència) d'arseniuro de galio amb un sol cristall (SC GaAs), que utilitza vaixells de quars i tubs de quars per créixer sota pressió normal, amb gran fiabilitat i estabilitat. L'avantatge del mètode HB és que el vapor d'arsènic es pot utilitzar per controlar amb precisió la relació estequiomètrica del cos, i el gradient de temperatura és petit per aconseguir el propòsit de reduir les dislocacions. La densitat de dislocació del cristall individual d'arsènic de gall d'HB és més que un ordre de magnitud inferior al del cristall senzill de l'arseniuro de galio LEC. El principal desavantatge és que els mascles creuen cristalls individuals d'arsènido de galio semi aïllants sense doblegar, i la interfície de cristall que es conrea és el cognom D, que provocarà un gran residu de material en el procés de processament en hòsties. Al mateix temps, és difícil cultivar cristalls de gran diàmetre a causa de la capacitat de càrrega dels vaixells de quars a altes temperatures. En l'actualitat, la producció en massa del procés de HB es deu principalment al cas dels cristalls de 2 polzades i 3 polzades, i l'arseniuro de galio màxim de l'arseniuro de galio és de 4 polzades. Actualment, no hi ha moltes empreses que utilitzen el procés HB per a la producció de materials d'arseniuro de gal·li. Amb la maduresa dels processos VB i VGF, el procés d'HB s'ha anat substituint gradualment.
3. Vertical Bridgman (VB)
El mètode VB és un procés de creixement de cristall que es va desenvolupar a la fi dels anys vuitanta. El poliestirè de arseniuro de galio sintetitzat, el B2O3 i els cristalls de llavors es van empaquetar en un crisol de PBN i es van segellar en una ampolla de quars sense aspirar. El cos del forn es col·locava verticalment. El filferro s'escalfa mitjançant un cable de resistència i l'ampolla de quars se situa verticalment al mig del cos del forn. A una temperatura elevada, el policcristal de arseniuro de galio es fon i es fusiona amb el cristall de llavors, i després el cilindre de quars i el gresol es mouen cap avall per la vareta de suport a través d'un mecanisme de maniobra. Sota un cert gradient de temperatura, el cristall individual creix lentament des del final del vidre de la llavor. El mètode VB pot produir un cristall únic d'arseniuro de galio de baixa resistència o un únic cristall aïllant d'arseniuro de galio semisoluble. L'EPD mitjà del cristall és inferior a 5.000 / cm-2.
4. Solidificació de degradat vertical (congelació de degradat vertical, anomenada VGF)
El camp de principi i aplicació del procés VGF i el procés VB són bàsicament similars. La diferència més gran és que el mètode VGF cancela el mecanisme de transport del cristall que cau i el mecanisme de rotació. L'ordinador controla amb precisió el camp tèrmic per refredar lentament, i la interfície de creixement es mou cap amunt des de l'extrem inferior de la massa fosa per completar el creixement del cristall. Aquest procés fa que la interfície de creixement del cristall sigui més estable a causa de l'eliminació del mecanisme de transmissió mecànica, i és adequat per a la dissolució del luxe ultra-baix del cristall senzill GaAs. El desavantatge dels processos VB i VGF és que el creixement del cristall no es pot observar i jutjar durant el procés de creixement del cristall, i el període de creixement del cristall és llarg. En l'actualitat, el nivell comercial internacional ha estat capaç de produir en massa cristalls d'arsènic de 6 polzades VB / VGF. El 2002, Freiberger va informar el primer vidre d'arseniuro de galio de 8 polzades del món desenvolupat pel procés de VGF.