Crystal Properties and Growth of Semiconductors

1
Chapter 1.

• Crystal Properties and Growth of Semiconductors
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2
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4
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(b) ?? ???? ??? ???
(a) II III IV V VI

Zn Cd B Al Ga In C Si Ge N P As Sb S Se Te
(b) Elemental IV compounds Binary III-V compounds Binary II-VI compounds

Si Ge SiC SiGe AlP AlAs AlSb GaN GaP GaAs GaSb InP InAs InSb ZnS ZnSe ZnTe CdS CdSe CdTe
5
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• Si, Ge ??? ????, ????, Tr, ???? ??,
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• GaN, GaP, GaAs (Binary III-V) LED
• GaAsP(ternary), InGaAsP(quaternary) ??? ??? ??
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• TV ???? ZnS (II-VI)
• Light detector InSb, CdSe, PbTe, HgCdTe
• Gunn diode GaAs, InP
• ??? ??? GaAs, AlGaAs, 3??, 4??? ???
• Energy band gap
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• Doping
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6
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Fig. 1-1 ????? ?? ? ?? ??? ????? (a)? ??? ??
(b)? ??? ??? ???? ? ???, ????? (c)? (a)? ?? ??
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(a) Crystalline solid ??? ???? ?? ??? ????
???? ???? ??. (b) Amorphous solid ?? ???? ???
??? ?? ??. (c) Polycrystalline solid ???? ???
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7
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Fig. 1-2 ???? r3a2b?? ???? ?? ???? 2?? ??

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Fig. 1-3 ? ?? ??????? ???

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Fig. 1-8 ????? ???? (a)??? ???, (b)(100)???? ?
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• (????) Zincblende ???? (III-V ? ??? ???)

11
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• SiO2(solid)2C ? Si(solid) 2CO(gas)
• Si(solid) 3HCl(gas) ? SiHCl3(gas)H2(gas)
• SiHCl3(gas)H2(gas) ? Si(solid) 3HCl(gas)
• Czochralski technique.
• ??? ?????? ??? ?? ??? ??? ??? ?? ??? ????? ???
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Fig. 1-10 ??????? Si ??? ?? (????? ??)
12
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13
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• ???(wafer)
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• ??? ???? ??? ?? ?? ??? ???? ??? ??? ???? ??, ??
  ?? ? ???? ??? ?? ?? ?? ??? ??? ??? ??? ????? ???,
  ??? ???(Flatness)? ??.
• Slicing, lapping, polishing ?? ? ??? ??? ??.

14
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15
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• Si? ??? ??? ????? ?? Si ???? ????? ?????
  ???(dopant)? ???? ? ??.
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16
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17
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• Homoepitaxy
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• Heteroepitaxy
• ?? ???? ? ??? ?? ??? ?? ?? ??? ?? ??? ?? ?? ???
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• ?? ????(liquid-phase epitaxy LPE)
• ?? ????(vapor-phase epitaxy VPE)
• ??? ????(molecular beam epitaxy MBE)

18
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• ?? ???? (liquid-phase epitaxy LPE)
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• Ex. GaAs ? melting point of 1238 ?
• Mixture of GaAs With Ga metal
• ?Considerably lower melting point
• Si, GaAs, AlGaAs, GaP ???? ??? ?? ??

19
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• SiCl42H2 ? Si4HCl(g)
• SiCl4? ????? ???? ??? ?? 1150-1250 ?
• ??? ?? ???? ??? ??? ?? Si???? epitaxial layer?
  ??? ??
• HCl? ?? ????? epitaxy layer? ??? ??? ??.
• SiH4 ? Si2H2
• ?? ?? ??(1000 ?)??? ???? ?? ?????? epitaxial
  layer?? impurities migration??.

20
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• MOCVD or MOVPE
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  ?? (CH3)3GaAsH3?GaAs3CH4 (700 ?)
• ???? ??? ???? ??? ??? ?? ?? ? ???? GaAs? InP? ??
  2?? ??? ?? ??? AlGaAs? ?? 3??, 4?? ??? ?????? ??
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• III-V? ??? ????? 1960?? InP ??? ??.
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21
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• ??? ????(molecular beam epitaxy MBE)
• ??? ?? ????(physical vapor deposition PVD)? ????
  ??? 10-9 Torr??? ???? ??? ??? ??? ?? ??? ??? ??
  ??? ?? ???? ?? ?? ??? ? ?? ??? ???? ?? ??? ?? ?.
• ?? ?????? ???? (GaAs? ?? 600 ?)
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• ???(superlattice)? ??(multi-layer) ?? ??? ??

22
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• ??? ?, ? ??? ?? ?? ??? ??? ???, ??? LED ??? ?? ??
  ???? ???
• ??? ?? ??? ?? LED ??? ?? ???? ?? ??
• ??? Network ?? VCSEL ??? ?? ????(photo-diode)?
  ??, HBT/HEMT ??? ??
• ??? ??? ??? ??? ????

23
Homework 1

• ?????? ? 6?
• Chapter 1. ????
• ?? 1, ?? 3, ?? 5, ?? 6