Kvant o'rasidagi elektronlarni minizo’nalar aro o’ptik otishlar

3. Легирланмаган тоза галлий арсенид қатламини ўстириш.

Легирланмаган галлий арсенид ( ва ) қатламини оптик кварцдан тайёрланган горизонтал реакторда тоза водород оқимида ўстирилади. Кристалланиш жараёнини ярим чегараланган ҳажмда ёки маълум ҳажмдаги аралашма-эритувчида амалга ошириш мумкин. Кристалланиш вақтида эриган аралашмадан кристалланиш соҳасига зарралар диффузияси мавжуд бўлади, тагликга эритувчида эриган моддалар тўла ўтириб қолади. Ўстириш керак бўлган қатламни қалинлиги қандай бўлиши кераклигига қараб маълум бир технологик режим олинади. Жуда кўп ҳолларда тоза галлий арсенид ўстиришда бошланғич кристалланиш температурасини 1223 ⁰К градус олинган. Аралашма билан тагликни контактга келтириш учун реакторни маълум бурчакка айлантирилади. Бунда суюқ аралашма иккита таглик орасига кириб қолади. Иккита таглик - галлий арсенид ли пластиналар орасидаги масофа 0,05 0,2 см гача олинган.

Тагликлар орасидаги масофа билан ўстириладиган қатлам қалинлиги бир – бири билан қуйидагича боғланган:
; (20)
билан - галлий арсенид нинг моляр оғирлиги.
- галлийнинг атом оғирлиги.
- галлий арсенид нинг солиштирма оғирлиги.
- галлийнинг солиштирма оғирлиги.
- берилган температурада тоза галлийда мишъякнинг эрувчанлиги.
24-расмда эпитаксиал ўстиришга тайёрланган кварц контейнери битта ячейкасининг схематик кўриниши тасвирланган.



24-расм. Кварц контейнерининг тузилиши ва унда тагликларнинг, суюқ эритманинг жойлашиши.

Таглик материал сифатида галлий арсенид монокристали ишлатилган. Ундаги электронлар концентрацияси (5-9)•10¹⁵ см^-3. Эритмада тўйинтирувчи сифатида тоза АГЧ-1 маркали галлий арсенид дан фойдаланилади. Эритувчига, яъни галлийга қанча галлий арсенид қўшиш кераклигини қуйидаги формуладан фойдаланиб ҳисобланади:

; (21)
- галлий оғирлиги.
- ни қийматини тажрибалар асосида топилган тайёр жадвалдан олинади.
Кварц контейнерни реакторга қўйилгандан сўнг, унда -10^-3 мм симоб устуни босимигача вакуум ҳосил қилинади. Ярим соат давомида реактор водород оқими билан ювилади. Кейин реактор печга киритилади. 25-расмда тоза галлий арсенид қатламини ўстиришнинг температура режими кўрсатилган. Ўстириш жараёни қуйидаги босқичлардан иборат:

25-расм. Легирланмаган галлий арсенид эпитаксиал қатламларини ўстиришнинг температуравий режими.

1. Печни ёқиш; 2. Аралашмани таглик билан контактга келтиргунча маълум вақт мобайнида ушлаб туриш; 3. Тагликни қисман эритиш; 4. Таглик билан аралашма-эритмани мувозанат ҳолатга келтириш; 5. Системани дастурланган совутиш; 6. 973 ⁰К температурада печни учириш.

Реактордаги водород сарфини ўзгартириш орқали, яъни водород оқими тезлигини бошқариш орқали ва аралашма-эритманинг термик ишлов вақтини ўзгартириш йўли билан легирланмаган р-тип ёки n-тип галлий арсенид олиш мумкин. Маълум технологик режимда бир жараённинг ўзида р⁰-n⁰ ўтиш олиш ҳам мумкин.
Кристалланиш температураси 1223 ⁰К ва термик ишлов вақти 5-6 соат, водород сарфи 10-50 см³/мин бўлганда фақат n⁰-галлий арсенид , вадород сарфи 80 см³/мин дан катта бўлганда эса р⁰-галлий арсенид , водород сарфи 50-80 см³/мин бўлганда р⁰-n⁰ ўтишга эга бўлган қатламалар ўсади. Бундай ўсишнинг сабаби эпитаксия давомида тизимдаги аралашмалар характери билан тушунтирилади. Бундай аралашмалар кремний, кислород ва уларнинг комплекси ва бошқалар бўлиши мумкин.
Эпитаксиал ўстириш жараёнида реактордаги кислород манбаи қуйидагилар бўлиши мумкин.
1. Галлий юзасидаги юқори температураларда эритмада эриш натижасида кислород ажралиб чиқади:
(22)
2. Кварц билан водород реакцияси натижасида:
(23)
3. Тоза водороддаги сув буғлари миқдори одатда, 5 9 ррм ни ташкил этади ва улар ҳам кислород манбаи бўлиши мумкин.
Легирланмаган галлий арсенид қатламаларидаги ток ташувчилар концентрацияси ва харакатчанлигини аниқлаш учун ўстириш жараёнида бир вақтнинг ўзида ток ўтказмайдиган (яримдиэлектрик) галлий арсенид ли тагликларда галлий арсенид қатлами ўстирилади. Холл қурилмасида улардаги ток ташувчиларнинг харакатчанлиги ва концентрацияси ўлчанади.