III-V_Edition｜結晶成長やデバイスのシミュレーション【STRJapan株式会社】

For Modeling of Gropu-III Arsenides and Phosphides Metal Organic Chemical Vapor Deposition
有機金属気相成長法（MOCVD法）によるIII-V族半導体エピタキシャル成長専用エディション

III-V Editionは、III-V族半導体の有機金属気相エピタキシャル成長プロセス(MOCVD)専用のモジュールです。AlAs，AlP，GaAs，GaP，InAs，InP，AlGaAs，InGaAs，InGaP，AlInGaPの薄膜種に対応しています。
また、原料ガス、及び考慮しているガス種は以下の通りです。

表面反応モデルは、準熱平衡モデルと速度論的モデルを基本とし、比較的低温の反応律速の領域から比較的高温の拡散・脱離律速までの温度領域を考慮する事が可能です。
基板以外の比較的低温な壁における寄生付着においてはCH3(メチル基)による原料ガスの付着のブロッキング効果を考慮した速度論モデルが考慮されております。
さらに、特長的な機能としてGaAs，InP，Ge，基板上に成膜した化合物との格子不整合(lattice mismatch)の成長速度への影響を考慮する事ができます。
汎用の流体解析ソフトウェアと併用することなく、VR III-V Editionのみで研究用から量産機スケールまで様々なリアクターにおける成膜プロセスの最適化にご使用いただけます。

III-V Editionでは気相からのエピ成長プロセスを支配している物理現象を計算モデルとして実装しており、温度分布、対流パターン、化学種濃度分布等の結晶成長の最適化において重要な物理量を求める事が出来ます。
結晶表面近傍は熱力学的平衡状態と仮定した準熱平衡モデルを基本としており、拡散・脱離律速の温度領域を考慮することが出来ます。
また、結晶成長反応だけではなく、リアクター内壁（グラファイト壁）での寄生付着やエッチングも考慮されています。

図3. VR III-V edition グラフィカルユーザーインターフェイス

[出力結果]
Nitride Editionでは、以下の様な計算結果を出力する事が可能です。

・温度分布
・対流パターン
・気相中の化学種濃度分布（ガス分圧）、粒子密度分布
・結晶表面における成長速度分布
・結晶表面における組成比
・誘導コイルによるジュール発熱分布
・ヒーターパワー電力量　など

図4. 各ガス種の分圧 (左上：TMAl、右上：MMAl、左中：TMGa、右中：MMGa、左下：AsH3、右下：CH3)

[計算モデル]
III-V Editionでは、以下の様なリアクター内で起こっている物理現象をモデルとして実装しています。

・熱輻射、熱伝導、対流伝熱
　熱輻射は、形態係数を用いたSurface to Surfaceモデルを使用して計算を行います。
　また、熱伝導に関しては、固体の熱伝導率の異方性を考慮する事が出来ます。
・2波長バンドモデルにより固体内部輻射を考慮することが出来ます。
・抵抗加熱、または誘導加熱による加熱
・パワーの温度フィッティング
　指定座標の温度が指定温度になるようにパワーを自動的に制御する機能が実装されています。従って、
　より現実に近いプロセス制御を考慮する事が可能です。誘導加熱の場合は、実効電流の制御も可能です。
・化学種の多成分輸送(濃度拡散・対流による移流)　　など