Mavzu: Nanotuzilmalarni hosil qilishning epitaksial usullari. Molekulyar nurli epitaksya. Epitaksya usulida kvant nurlarini o’z-o’zidan tashkillashish vositasida shakillantirish

Epitaksial o'sish - bu lazerlar, LEDlar yoki fotodiodlar uchun boshlang'ich material yaratiladigan ishlab chiqarish jarayoni. U 2.1-rasmda ko'rsatilganidek, "epitaksial reaktor" deb nomlangan ko'p million dollarlik katta uskunadan foydalanib, boshlang'ich o'sish sifatida ishlatiladigan "substrat" ​​plastinada kerakli yarimo'tkazgich qatlamlarining "epitaksial o'sishini" amalga oshiradi.
Ushbu yozuvda substrat odatda bir necha yuz dollarni tashkil qiladi va natijada paydo bo'lgan "epitaxial gofret" odatda yarimo'tkazgichli lazerlar uchun mingdan bir necha ming dollargacha sotiladi. LEDlar uchun kirishlarning ancha katta hajmi va arzonligi substrat va tayyor gofret narxining kattalikdan pastroq bo'lishiga olib keladi. Aksariyat qurilmalar metall organik kimyoviy bug‘larni cho‘ktirish (MOCVD) yoki organo-metall bug‘ fazasi epitaksisi (OMVPE) deb ataladigan jarayon yordamida yaratiladi— e’tibor bering, bu ikkalasi ham aynan bir xil o‘stirish usuli uchun eng mashhur ikkita nomdir va mavjud ikkalasi orasida farq yo'q. Ushbu o'sish jarayonlarida III guruh prekursorlari trimetil-alyuminiy (TMA) va trimetil-galliy (TMG) kabi metall-organik birikmalar juda issiq aylanadigan substrat ustida arsin (AsH3) kabi V guruh gazlari bilan birlashtiriladi.
Issiqlik molekulyar aloqalarni uzish va reaktorga yuklangan dastlabki boshlang'ich substratda III-V birikmalar yoki qotishmalarning cho'kishini rag'batlantirish uchun etarli. Turli gazlarning nisbatlarini o'zgartirib, qurilma strukturasining kerakli vertikal dizaynini qondirish uchun qatlamlarning kerakli kombinatsiyasini yaratish mumkin. Misol uchun, TMA ning TMG ga nisbatlarini o'zgartirib, ushbu ikkita so'nggi nuqta orasidagi istalgan joyda AlAs, GaAs yoki AlxGa1-xAs qotishmalarini hosil qilish mumkin. Buni amalga oshirish orqali tashuvchilar qo'lga olinadigan va ushlab turiladigan emissiya to'lqin uzunligi va chekka emitentlar uchun to'lqin yo'naltiruvchi xususiyatlar yoki VCSEL uchun aks ettirish kabi elementlarni boshqarish mumkin.

Ushbu kontseptsiya 2.2-rasmda soddalashtirilgan AlGaInP qizil lazer tuzilishi uchun ko'rsatilgan. Zamonaviy o'sish usullari bir nechta atom qatlamlari qalinligida (ya'ni, 1 nm dan kam o'tish qalinligida) bir material va ikkinchisi o'rtasida kompozitsiyalar o'rtasida tez o'tishni amalga oshirishga qodir. MOCVD faol qatlam qalinligi 15 nm dan kam bo'lgan (kvant cheklash effektlarini ko'rsatadigan) samarali "kvant quduqlari" lazerlari va LEDlarning o'sishiga imkon berdi. Barcha tashuvchilarni juda nozik qatlamlarga majburlash pompalanadigan hajmni mutlaq minimal darajaga tushiradi va shu bilan pol oqimini pasaytiradi. (Ma'lumot almashishda ishlatiladigan umumiy lazerlarning energiya zichligi taxminan 10 GVt/sm3 )

Ushbu sohada ishlaydigan ko'pchilik muhandislar epitaksial o'sishni qurilma ishlab chiqarishning eng qiyin qismi va ishonchli qurilma yaratish uchun eng muhim qadam deb bilishadi. III-V birikmalar hali ham milliard boshiga qisman darajadagi aralashmalarga juda sezgir. Hatto juda toza gazlarda ham dizayn maydoni shunchalik murakkabki, nuqta nuqsonlari kontsentratsiyasi (keraksiz interstitsiallar va bo'sh joylar) yoki kislorodni kiritish kabi elementlar o'sish harorati, V guruhning III guruh prekursorlariga nisbati, o'sish sur'ati va boshqa omillar. Murakkabligi sababli, u "qora san'at" deb hisoblanadi, bunda natijani kiritishlar asosida bashorat qilish qiyin va odatda o'tmishdagi muvaffaqiyatli dizaynlarga asoslangan empirik yoki qurilma ishlab chiqarish va sinovdan o'tkazishni talab qiluvchi iterativ sinovlar orqali teriladi. , Muvaffaqiyatli o'sish retseptiga erishish uchun qo'shimcha takomillashtirish bosqichlari.