Интересными с экономической точки зрения и пригодными для GaAs и GaP методами, которые объединяют синтез мате­риала и рост кристаллов в одной установке, являются горизон­тальный метод по Бриджмену для GaAs [17] и метод синтеза и диффузии в растворе для GaP [18]. Следует отметить, что по­следний процесс дает поликристаллический материал такой чи­стоты, что его можно непосредственно использовать в качестве материала для подложек.

Типичная установка для горизонтального выращивания кри­сталлов по Бриджмену показана на рис. 5.4 [17]. В других ва­риантах установки для этого процесса добавляется третья ка­мера [19—21], однако для понимания этого процесса ее рас­смотрение не является необходимым. Сначала лодочка загру­жается галлием и достаточное количество мышьяка помещается в противоположном конце запаянной откачанной ампулы из плавленого кварца. Синтез GaAs начинается тогда, когда за­паянная ампула помещается в двухзонную горизонтальную печь так, что один конец ее с As находится при температуре ~620°С, а другой конец с Ga — при температуре ~ 1240 °С. Кристалл растет при перемещении печи таким образом, что ам­пула перемещается вдоль направления градиента температур из горячей области (~ 1240 °С) в холодную (~620 °С). Кри­сталл зарождается на одном конце расплава и растет вдоль него. Возможно использование монокристаллической затравки. Этим методом легко получаются монокристаллы, имеющие в се­чении форму полукруга размером 4—5 см и ориентированные вдоль направления (1 1 1). Плотность дислокаций лежит в диа­пазоне 102 — 104 см-2.

Схема установки для выращивания кристаллов по методу синтеза и диффузии в растворе показана на рис. 5.5 [18]. Дан­ный метод представляет собой развитие процесса синтеза, опи­санного в предыдущей главе, а также модификацию ранее описанного метода градиентного затвердевания [22]. Верхняя поверхность галлия находится при более высокой температуре Тн< чем температура нижней части тигля TL. Красный фосфор нагревают до температуры ТР (~420°С), при которой давле­ние паров фосфора составляет ~ 1 атм. На поверхности Ga образуется твердая пленка из GaP, которая растворяется в рас­плаве и диффундирует в нижнюю часть тигля. Рост продол­жается до тех пор, пока в системе не израсходуется Ga (или Р). Обычная температура роста Тн « 1150 °С, при этом градиент температуры составляет 25°С/см, что обеспечивает линейную скорость роста ~2,5 мм/сут. Выращенный кристалл имеет форму цилиндра диаметром ~3 см и состоит из сравнительно

Затшая кВарцеВая ампулі Р>азби[пый спай 'КварцеВая лодочка

Температура

Рис. 5.5. Схема установки и изменение температуры для синтеза и роста кристаллов GaP по методу синтеза и диффузии в растворе [18].

больших блоков. Пластины из такого кристалла могут быть использованы в качестве материала для подложек при выращи­вании монокристаллических слоев методом жидкостной эпитак­сии. Красные светодиоды, имевшие наивысшие значения кван­тового выхода электролюминесценции (10,1%), были изготов­лены из материала, полученного однократной жидкостной эпи­таксией на таком материале для подложек [23]. Удовлетвори­тельные значения квантового выхода (0,15%) имели зеленые светодиоды, полученные при двукратной жидкостной эпитаксии [18]. К достоинствам этого метода следует отнести простоту установки для роста, а к недостаткам — малую скорость роста, определяемую диффузионными процессами, а также получение поликристаллического материала, при использовании которого нельзя применять такие технологические операции, как поли­рующее и анизотропное травление.