开流石英系统中生长砷化镓和磷化镓的硅沾污

摘要

由于硅的两性行为及它对氧高度的亲合性,所以Ⅲ—Ⅴ族化合物的硅沾污是一个相当严重的问题。广泛使用于砷化镓(GaAs)和磷化镓(GaP)系统的熔凝石英是硅的主要来源。大多数开流系统都运用流动的H_2,因为它易于提纯,又能将系统中固体Ga_2O_3去掉。本文是对液体镓被硅沾污及流动H_2—HCl混合物被挥发性硅化合物沾污的速度进行了计算,以理想气体行为及局部热力学平衡作为假定,计算表明,在通常的生长温度下,Ga或HCl与石英接触,在十分干燥的系统中也能引起足够多的硅沾污。此外,我们发现在800℃,当H_2与SiO_2接触时,水份的压力不能控制在低于10^(-8)大气压,HCl与SiO_2接触时,不能控制在低于5×10^(-7)大气压(不论H_2的原始纯度如何)。水份的压力随温度升高而明显上升。此外,还叙述了衬底—外延层界面上高浓度硅形成和汽相生长系统中SiO_2沉淀形成的模型。前者首先与“I”或绝缘层的形成有关。计算表明,HCl合成系统比输运型系统的硅沾污大为降低,用H_2O作为输运剂的汽相生长系统,当温度低于1000°时,硅的沾污几乎可以忽略。本文也讨论了降低硅沾污的其他可能的方法。