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作为高频应用的生产规模分子束外延

时间：2011-12-31 22:39:55  来源： 打印本文

作为高频应用的生产规模分子束外延

2006/1/13/9:39    分子束外延（MBE）是70年代早期由Bell实验室卓以何在研究室开发出的用来沉积半导体极薄层材料的超高真空技术，并导致对半导体物理学的深入理解，从而丰富了其中诸如超晶格和量子阱子能带间吸收等新概念。目前，每年生产几千万个量子阱激光器，这是量子阱子能带研究的工业成果。

    AlGaAs/GaAs调制掺杂外延层产生了两种非常重要的应用：量子霍尔效应（它目前已被用作测定电子荷质比的技术）和制成高电子迁移率晶体管（HEMT），而HEMT是当今诸如数字电视、蜂窝电话和卫星通讯等先进的和公众的应用领域的关键电子器件。为达到微波应用和数字集成电路应用所要求的性能，必须使用Ⅲ-Ⅴ族外延材料。

    在过去的20年中，MBE已经从实验室“珍品”转变为可接受的工业制造工艺。目前，MBE的生产支持着多种GaAs和InP基高频器件制造，这些器件包括分立器件和集成电路。

    在设备方面，MBE在超高真空室中进行，在该室中，来自固体或液体蒸发的各个元素组分流直接射向单晶衬底表面，通过控制源的温度及其上方的快门关闭次数可以控制外延层的厚度、组分和单个层的掺杂。MBE相对于其它外延技术的优点是可生产高纯度半导体材料、各层之间具有突变界面、高均匀性外延层以及生长过程的高可控性等。该设备可生产众知的双异质结赝HEMT（PHEMT）用典型结构。其它结构，诸如异质结场效应晶体管、多量子阱激光器等结构也能生产。在MBE片的批量生产中，首要的突破是开发出可容纳直径3英寸、可靠的多片设备。两个制造厂商（几乎同时将其推向市场）─法国的Riber公司和英国的VG Semicon公司，设计出在单一衬底架上同时放置5个3英寸片或3个4英寸片的设备。当设备变得更大时，这两个公司将能提供更多和更大的熔池，典型的MBE反应室带有8～9个放置不同元素（Ga、As、Al、In、Si、Be等）的熔池，按要求分布在其中。下一代MBE反应室将具有一次加工9个4英寸片或4～5个6英寸片的能力。

    自动化是设备操作的重要目标，这一目标包括两个方面：快速装片程序，即描述外延生长特殊结构和数据收集能力。在这方面已经取得一些进步，但还有很多工作要做。

    关于外延片的检测，典型的MBE片的表征方法，包括缺陷计量、霍尔测量、光荧光谱、X-射线衍射、电容-电压（C-V）剖面曲线和扩展电阻测量等。

    关于衬底和原材料，大多数MBE是在半绝缘GaAs衬底上进行的，而这种GaAs单晶是用众知的液封直拉（LEC）法生长的。这种衬底基本上等同于离子注入和金属有机气相沉积用的衬底，MBE生产者可能喜欢这些衬底适于规模生产和价格低廉的优点。可用的高纯元素源材料很多，它们的成本不是整个生产成本中的重要因素。