CN101348939A - 一种提高砷化镓单晶利用率的生长方法 - Google Patents

一种提高砷化镓单晶利用率的生长方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用水平温度梯度法制备方柱状或平板状砷化镓(GaAs)晶体的一种提高砷化镓单晶利用率的生长方法，采用高纯50mol％的Ga和50mol％的As在密闭反应室内合成GaAs多晶原料，所述的坩埚采用热解氮化硼坩埚(PBN)，其坩埚的截面形状为矩形，坩埚一端放置好籽晶且衬以1mol％无水B2O3，然后将砷化镓多晶料装入坩埚，置于水平法晶体生长炉内，升温到1250～1290℃，待籽晶前端融化，然后以0.2～2mm/h速率水平移动坩埚，开始晶体生长，待原料全部结晶后，将坩埚移至恒温区内，在850～1000℃下保温5～8小时时间，以消除晶体内部的热应力，然后以30～50℃/h的速率缓慢降温至室温，取出晶体。

Description

一种提高砷化镓单晶利用率的生长方法
技术领域
本发明涉及一种采用水平温度梯度法制备方柱状或平板状砷化镓(GaAs)晶体的一种提高砷化镓单晶利用率的生长方法，属于晶体生长领域。
背景技术
砷化镓(GaAs)晶体是重要的化合物半导体材料，是第二代半导体的典型代表，其地位仅次于Si单晶。与Si相比，GaAs的带隙较大、电子迁移率和饱和速度高，因此用GaAs制成的电子器件比相应Si器件工作速度快、工作频率高且具有更宽的工作温度范围。这使得GaAs取代Si成为制作现代超高速电子器件和电路的最重要半导体材料。近几年来，GaAs材料及其相关产业发展迅速，每年以超过35％的速度增长，2005年其产值已超过了100亿美元。在未来的几十年内，GaAs产业仍将保持强劲的增长势头。GaAs产业的规模越来越大，前景十分诱人。
1、CN101063233A、名称“一种水平掺铬半绝缘砷化镓晶体的生长设备”，它包括一个水平放置的筒形热场装置，热场装置内对应于保温层上的视窗在反应室内反应舟的籽晶腔下部设有一个砷压腔。该方法简化了设备，节约了成本，不足之处在于盛装砷化镓原料的石英反应舟截面呈“D”形，因而获得的晶体截面亦呈“D”形，当加工成圆片时，材料损失大，利用率低。此外，石英反应舟在高温下的承重能力有限，难以获得大尺寸的砷化镓晶体。
2、CN2885891Y、名称“生长砷化镓单晶的温控炉”，其特点是炉体不平移，炉腔温度分布场空间分为高温T1区，中温T2区，低温T3区；高温T1区由连续10段组成，从右至左分布；每段与每区均有受计算机控制的独立加热炉丝，独立温度测量和各自反馈控制系统；置有砷和镓的石英舟，放置在高温区段，其结晶端处于与中温区交界的高温T1区末端；温控炉是一个正方形横截面的封闭长方体，由超轻氧化铝保温材料构成炉衬，用不同规格的Fe-Cr-Al高温加热丝，分别独立地缠绕在构成温度场的从第1段直到第12段的间隔框架内；并设有籽晶的观察孔，石英封泡和组颈封泡；由温度传感器从腔体引出。利用该技术生长的砷化镓晶体同样尺寸较小且截面呈“D”形。
3、目前，GaAs单晶的生长技术主要有水平布里奇曼法(HB)、液封提拉法(LEC)、蒸气控制提拉法(VCZ)、垂直梯度凝固法(VGF)和垂直布里奇曼法(VB)。LEC法可先在高压单晶炉炉膛内合成多晶料，然后直接原位生长GaAs晶体，其优点是可制备出高纯度、大尺寸的GaAs单晶，但由于固液界面温度梯度大，晶体质量略差，位错密度高，且设备昂贵。VCZ是对LEC技术的一项改进，它将坩埚-晶体放置在一充满As气氛的内生长室中，As蒸气压抑制了GaAs晶体在生长过程中的表面分解和挥发，从而获得了低位错晶体。但该工艺使生长系统更加复杂，生长过程无法观察，重复性较差，因而未能用于规模化生产。HB法是较早应用于GaAs晶体的一种生长技术，其设备较为简单，技术成熟，可生长低位错密度的GaAs单晶，它的最大缺点是所得晶体截面呈“D”形，加工成圆片时材料损失大，利用率低，生长大尺寸晶体也比较困难。最近，垂直梯度凝固法(VGF)和坩埚下降法(VB)越来越受到重视，其生长的晶体质量介于提拉法与水平法之间，设备成本也较低，但VGF法生长的晶体比较短，产能和效率受到限制，VB还不很成熟。
发明内容
设计目的：避免背景技术的不足之处，设计一种生长方柱状和平板状GaAs晶体的改进型水平生长方法，以期提高所得晶体的利用率。
设计方案：为了实现上述设计目的。本发明采用特殊设计的方形舟坩埚，既保留了传统HB方法具有的位错密度小、设备简单、容易观察等优点，又可有效地提高晶体切片或加工成板状窗口材料的利用率，同时原位退火方法的增加，降低了热应力引起的位错缺陷，非常适合工业化生产。
技术方案：一种提高砷化镓单晶利用率的生长方法，采用高纯50mol％的Ga和50mol％的As在密闭反应室内合成GaAs多晶原料，坩埚一端放置好籽晶，然后将砷化镓多晶料装入坩埚，置于水平法晶体生长炉内，升温到1250～1290℃，待籽晶前端融化，然后以0.2～2mm/h速率水平移动坩埚，开始晶体生长，待原料全部结晶后，将坩埚移至恒温区内，在850～1000℃下保温5～8小时时间，以消除晶体内部的热应力，然后以30～50℃/h速率缓慢降温至室温，取出晶体。所述的坩埚采用热解氮化硼坩埚(PBN)，其坩埚的截面形状为矩形，坩埚一端放置好籽晶且衬以1mol％无水B2O3。
本发明与背景技术相比，一是虽然传统HB方法工艺成熟，所生长的晶体质量高，但其晶体呈D型或半圆形，切片利用率较低，既使在目前，人们普遍采用倾斜一定角度的加工方法来提高晶体的利用率，但利用率仍然不高，而且晶体加工工序复杂；二是计算可知，本发明生长的晶体利用率达到80％以上，而传统HB-GaAs利用率只有50％，更重要的是，采用本发明生长相同直径的晶体，可以加工出的晶片直径也要远远大于传统HB生长的晶体；三是由于传统HB因为利用率低，生长直径3英寸晶体只能加工出接近2英寸的圆片，而采用本发明生长的3英寸GaAs晶体，可直接加工出3英寸晶圆片，这不仅意味着本发明将突破制约HB法生长大尺寸GaAs晶体的瓶颈，而且可用于生产3英寸甚至更大尺寸的GaAs晶体。
附图说明
图1是本发明生长的GaAs晶体形状示意图。
图2是传统HB方法生长的GaAs晶体形状示意图。
具体实施方式
实施例1：参照附图1。一种提高砷化镓单晶利用率的生长方法：
原料合成：采用高纯50mol％的Ga和50mol％的As在密闭反应室内合成GaAs多晶原料，根据所需生长的晶体要求，配料时可少量富砷或掺入少量所需杂质，也就是说，通过密闭高温反应合成GaAs多晶原料时，可以根据需要在原料合成时添加1mol％的As或掺入1mol％的Zn或掺入1mol％的Si或掺入1mol％的Te；
坩埚设计：采用热解氮化硼坩埚(PBN)，坩埚形状设计为矩形(不同于传统的圆形)，其截面形状为矩形的PBN坩埚为正方体形或长方体形。有利于提高晶体的利用率；
晶体生长：坩埚一端放置好籽晶，所述籽晶取向为<010>、或<100>、或<001>，或沿其它任意方向，籽晶截面形状为长方形或正方形。衬以少量无水B2O3，目的是为了便于脱模，然后将砷化镓多晶料装入PBN坩埚，置于水平法晶体生长炉内，升温到1250～1290℃范围内且包括端值，待籽晶前端融化，以0.2～2mm/h范围内的速率且包括端值水平移动坩埚，开始晶体生长。为了便于观察晶体的生长，在炉体侧面设计一窄缝窗口，安装摄像头并随时将晶体生长的固液界面情况反馈到监控计算机上，从而有利于实现自动化生产；
退火处理：待原料全部结晶后，将坩埚移至恒温区内，在850～1000℃下保温一定的时间，以消除晶体内部的热应力，然后以30～50℃/h范围内的速率且包括端值缓慢降温至室温，取出晶体。
举例说明如下：
例1：将富As的高纯GaAs多晶原料6kg，装入截面边长为3英寸的PBN坩埚内，坩埚一端事先放置好<001>取向的籽晶，衬以1mol％以内无水B2O3，在水平布里奇曼炉中生长晶体，炉温控制在1280℃，生长周期为5天，生长结束后晶体移至炉膛内恒温区内1000℃下退火10小时，缓慢降温至室温，在王水溶液中浸泡，可获得表面光亮无沾润的3英寸柱状GaAs晶体。
例2：采用截面为90mm(宽)×30mm(高)的PBN坩埚，坩埚一端事先放置好<001>取向的籽晶，衬以1mol％以内无水B2O3，将富As的高纯GaAs多晶原料共4.5kg装入坩埚内，在水平布里奇曼炉中生长晶体，炉温控制在1280℃，生长速率为0.6mm/h。生长结束后晶体移至炉膛内恒温区内1000℃下退火10小时，以50℃/h速率缓慢降温至室温，在王水溶液中浸泡，可获得表面光亮无沾润的板状GaAs晶体。
例3：在4.0kg合成好的富As高纯GaAs多晶原料中，加入90mg高纯硅，混合均匀，装入截面边长为3英寸的PBN坩埚内，坩埚一端事先放置好<001>取向的籽晶，衬以1mol％以内无水B2O3，在水平布里奇曼炉中生长晶体，炉温控制在1280℃，生长速率为0.5mm/h。生长结束后，将晶体移至炉膛恒温区内，在1000℃下退火10小时，缓慢降温至室温，在王水溶液中浸泡，可获得表面光亮无沾润的重掺Si的三英寸GaAs晶体。
需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1、一种提高砷化镓单晶利用率的生长方法，采用高纯50mol％的Ga和50mol％的As在密闭反应室内合成GaAs多晶原料，坩埚一端放置好籽晶，然后将砷化镓多晶料装入坩埚，置于水平法晶体生长炉内，升温到1250～1290℃，待籽晶前端融化，然后以0.2～2mm/h速率水平移动坩埚，开始晶体生长，待原料全部结晶后，将坩埚移至恒温区内，在850～1000℃下保温5～8时间，以消除晶体内部的热应力，然后以30～50℃/h速率缓慢降温至室温，取出晶体，其特征是；所述的坩埚采用热解氮化硼坩埚(PBN)，其坩埚的截面形状为矩形，坩埚一端放置好籽晶且衬以1mol％无水B2O3。
2、根据权利要求1所述的提高砷化镓单晶利用率的生长方法，其特征在于：通过密闭高温反应合成GaAs多晶原料时，可以根据需要在原料合成时添加1mol％的As或掺入1mol％的Zn或掺入1mol％的Si或掺入1mol％的Te。
3、根据权利要求1所述的提高砷化镓单晶利用率的生长方法，其特征在于：截面形状为矩形的PBN坩埚为正方体形或长方体形。
4、根据权利要求1所述的提高砷化镓单晶利用率的生长方法，其特征在于：所述籽晶取向为<010>、或<100>、或<001>，或沿其它任意方向，籽晶截面形状为长方形或正方形。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102330144A (zh) * 2011-10-08 2012-01-25 陕西合木实业有限公司 一种成品大面积籽晶和矩形大面积籽晶的制备方法及设备
CN102677175A (zh) * 2012-05-28 2012-09-19 上海应用技术学院 一种砷化镓单晶的生长方法
CN103397386A (zh) * 2013-07-25 2013-11-20 新乡市神舟晶体科技发展有限公司 一种用于n型低阻砷化镓单晶生长的掺杂工艺
CN105154978A (zh) * 2015-10-14 2015-12-16 云南鑫耀半导体材料有限公司 砷化镓多晶磁场生长炉以及生长方法
CN106637413A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 有研光电新材料有限责任公司 一种降低hb砷化镓单晶头部位错密度的方法
CN106894092A (zh) * 2015-12-21 2017-06-27 有研光电新材料有限责任公司 一种水平法砷化镓单晶拉制过程中接籽晶的方法
CN107955971A (zh) * 2017-12-27 2018-04-24 有研光电新材料有限责任公司 水平法砷化镓单晶拉制过程中的放肩方法
CN110629289A (zh) * 2019-11-01 2019-12-31 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种低亮暗点的4和6英寸半绝缘砷化镓抛光片制备方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102330144A (zh) * 2011-10-08 2012-01-25 陕西合木实业有限公司 一种成品大面积籽晶和矩形大面积籽晶的制备方法及设备
CN102677175A (zh) * 2012-05-28 2012-09-19 上海应用技术学院 一种砷化镓单晶的生长方法
CN103397386A (zh) * 2013-07-25 2013-11-20 新乡市神舟晶体科技发展有限公司 一种用于n型低阻砷化镓单晶生长的掺杂工艺
CN105154978A (zh) * 2015-10-14 2015-12-16 云南鑫耀半导体材料有限公司 砷化镓多晶磁场生长炉以及生长方法
CN105154978B (zh) * 2015-10-14 2017-12-15 云南鑫耀半导体材料有限公司 砷化镓多晶磁场生长炉以及生长方法
CN106894092A (zh) * 2015-12-21 2017-06-27 有研光电新材料有限责任公司 一种水平法砷化镓单晶拉制过程中接籽晶的方法
CN106637413A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 有研光电新材料有限责任公司 一种降低hb砷化镓单晶头部位错密度的方法
CN107955971A (zh) * 2017-12-27 2018-04-24 有研光电新材料有限责任公司 水平法砷化镓单晶拉制过程中的放肩方法
CN110629289A (zh) * 2019-11-01 2019-12-31 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种低亮暗点的4和6英寸半绝缘砷化镓抛光片制备方法
CN110629289B (zh) * 2019-11-01 2021-02-23 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种低亮暗点的4和6英寸半绝缘砷化镓抛光片制备方法

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