CN102356186B - 具有低微坑密度(mpd)的锗锭/晶圆和其制造系统及方法 - Google Patents

具有低微坑密度(mpd)的锗锭/晶圆和其制造系统及方法 Download PDF

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Abstract

公开了用于晶体生长的系统和方法，包括在已生长的锗晶体中减少微坑腔密度的特征。在一个示例实施方式中，提供了一种方法：将带有原材料的安瓿插入具有加热源的炉；使用垂直生长法生长晶体，其中实现结晶化温度梯度相对于原材料/坩埚的运动以熔化该原材料；以及，以预定晶体生长长度生长该原材料以实现单晶晶体，其中可重复地提供具有减少的微坑密度的单晶锭。

Description

具有低微坑密度(MPD)的锗锭/晶圆和其制造系统及方法
相关申请数据的交叉引用
本申请要求提交于2009年12月13日、申请号为No.12/636,778、公开号为US2011/______A1的美国申请的权益/优先权，该申请通过引用方式以其全部内容纳入本文。
技术领域
本文中的系统和方法大体涉及单晶锗锭/晶圆，且具体涉及具有减少的微坑密度(MPD)的锭/晶圆的生长。
背景技术
电子器件和光电子器件的制造商惯常地需要商品化地生长的、大且均一的单个半导体晶体，其在被切片和抛光时提供了用于微电子器件生产的衬底。半导体晶体的生长包括：将原材料加热到其熔点以产生晶状原材料熔体；使得该熔体与高质量籽晶接触；以及当与该籽晶接触时允许该熔体的结晶化。已知多种不同方法用于实现这一生长。这些方法包括：Czochralski(Cz)法及其变种——液体覆盖的Czochralski(LEC)法、水平Bridgman法和Bridgman-Stockbarger(HB)法以及其垂直变种(VB)，以及梯度冷凝(GF)法及其变种——垂直梯度冷凝(VGF)法。参见例如“Bulk Crystal Growth of Electronic，Optical and Optoelectronic Materials”，P.Clapper，Ed.，JohnWiley and Sons Ltd，Chichester(奇切斯特)，England(英格兰)，2005，大体论述了这些技术以及它们对各种材料生长的应用。
熔体的结晶化形成一个沿竖直轴线的基本圆柱形的晶体(锭)，其中籽晶位于结晶化原材料的下方。形成该半导体晶体所必须的设备包括：晶体生长炉、安瓿、坩埚，有时还包括坩埚支撑件。该坩埚还可具有狭窄的下部，称为籽晶井(seed well)。
传统晶体生长方法和晶体生长设备存在缺陷。例如，已知的晶体生长方法通常生产具有过多微坑或微腔的晶体，这些微坑或微腔导致有瑕疵、有缺陷的器件的出现和/或降低用这样的方法生长的晶体的总体有用数量。这样的问题和以及有用晶体数量的减少，导致了较低的良率(yield)。因此，需要这样的晶体生长系统和方法：其可重复地提供高质量的锭/晶圆，另外还克服了现有系统中的此类缺陷。
发明内容
根据本发明的系统和方法涉及单晶锗的生长。
在一个示例实施方式中，提供了一种方法：将带有原材料的安瓿插入具有加热源的炉；使用例如垂直生长法生长晶体，其中实现了结晶化温度梯度相对于原材料/坩埚的运动，以熔化该原材料并且以单晶形式将其重组；以及以预定晶体生长长度生长该晶体，使用垂直生长法以熔化该原材料并将其重组为单晶化合物(compound)，其中可重复地提供具有减少的微坑密度的单晶锭。
应理解，前文的发明内容和下文的具体实施方式都仅仅是示例性和解释性的，并不是对如所述的本发明进行限制。除了先前所提出的那些特征和/或变型，还可以提供另外的特征和/或变型。例如，本发明可涉及已公开的特征的组合和/或子组合，或者涉及下文在具体实施方式中公开的几个另外的特征的组合和/或子组合。
附图说明
附图组成了本申请文件的一部分，示出了本发明的各种不同的实施方式和方面，和说明书一起解释了本发明的原理。在附图中：
图1A和1B是根据与本文创新有关的某些方面的示例晶体生长装置和坩埚的横截面图；
图2示出了根据与本文创新有关的某些方面的一个示例微坑；
图3A和3B示出了根据与本文创新有关的某些方面的晶体生长的示例方法；
图4示出了根据与本文创新有关的某些方面的用载有锗的坩埚装载晶体生长炉的示例方法；
图5A-5D示出了根据与本文创新有关的某些方面的锗晶体生长的另一示例实施方式；以及
图6是示出了根据与本文创新有关的某些方面的晶体生长的另一示例方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细描述本发明，其实施例在附图中示出。在下文中提出的实施方式并不代表符合所要求保护的发明的所有实施方式。相反地，它们仅仅是与涉及本发明的特定方面相关的某些实施例。在任何可行之处，在附图中均使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。
所述装置和方法尤其适用于用于锗(Ge)晶体生长的装置和方法，且在此上下文中描述了这样的装置和方法。然而应理解，该装置和方法可具有更大的效用，因为所述装置和方法可被用于生产具有低微坑密度的其他单晶和/或多晶的锭。
图1A是晶体生长装置20的一个实施例的横截面图。这一示例装置可包括在炉24中的坩埚支撑件22，炉24诸如是建立了结晶化温度梯度的炉，其可用在适当的垂直生长方法中，诸如垂直梯度冷凝(VGF)和/或垂直Bridgman(VB)晶体生长法，和/或若该炉可移动——垂直Bridgman-Stockbarger法。在包括坩埚支撑件的实施方式中，所述坩埚支撑件22为包含了坩埚27的安瓿26(其在一个实施方式中可用石英制成)提供了物理支撑，且允许对该安瓿26进行热梯度控制。在某些实施方式中，当该炉在操作中时，坩埚支撑件22可在晶体生长过程期间移动。在替代实施方式中，该坩埚支撑件可被固定，且当该炉在操作中时，该炉可在晶体生长过程期间移动。该坩埚27可包括籽晶28、形成于该籽晶顶上的已生长的单晶晶体/化合物30、以及原熔体材料32。在一个实施方式中，所述坩埚27可以是热解氮化硼(pBN)材料，具有圆柱形晶体生长部分34，直径较小的籽晶井圆柱体36以及渐缩的过渡部分44。晶体生长部分34具有与晶体产品的预期的直径相等的直径。当前工业标准晶体直径是2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸和8英寸的锭，其可被切割成晶圆。2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸和8英寸的直径分别相应于50.80mm、76.20mm、100.00mm、125.00mm、150.00mm和200.00mm。在一个实施方式中，在坩埚27的底部，籽晶井圆柱体36可具有封闭的底部，以及略大于高质量籽晶28的直径的直径。在一个示例实施方式中，例如，所述直径可以处于大约6-25mm范围内，且可具有大约30-50mm数量级的长度。圆柱形晶体生长部分34和籽晶井圆柱体36可具有直的壁，或者可以向外渐缩一度或几度的数量级，以便于从坩埚27移去该晶体。在生长部分34和籽晶井圆柱体36之间的渐缩的过渡部分38具有一个成角度的侧壁，其倾斜了例如大约45至60度，具有等于生长区域壁的较大直径并连接到该生长区域壁，且具有等于籽晶井壁的较小直径并连接到该籽晶井壁。成角度的侧壁也可具有比大约45至60度更为陡峭或更为平坦的其他角度。上面的角度被定义为在成角度的侧壁和水平线之间的一个角度。
在插入晶体生长炉24之前，所述坩埚27被载有原材料，且插入安瓿26。所述安瓿26可由石英材料形成。所述安瓿26通常具有类似于坩埚27的形状。该坩埚在晶体生长区域40中可以是圆柱形的，在籽晶井区域42中是具有较细直径的圆柱形，且在这两个区域之间具有渐缩的过渡区域。此外，坩埚27可被装配在安瓿26内部，在它们之间具有窄的空隙。安瓿26在其籽晶井区域42的底部是封闭的，且，与坩埚相似，在该坩埚和原材料被装载之后在顶部密封。安瓿26的底部可具有和坩埚27相同的漏斗形。砷(As)、镓(Ga)和/或锑(Sb)均可作为掺杂剂添加入安瓿26。
不对以示例而非限制方式示出的任何具体结构进行限制，本文中，符合本文创新点的用于锗晶体生长的装置可包括：一个晶体生长炉，包括一个加热源(例如加热部件60)以及多个加热区域；一个安瓿，被配置为被装载到该炉中，其中所述安瓿包括一个装载容器以及一个具有籽晶井的坩埚，可选地包括一个安瓿支撑件；以及一个连接到晶体生长炉和安瓿支撑件的控制器，所述控制器控制所述加热源的一个或多个加热区域以及所述可移动的安瓿支撑件以当该坩埚位于炉内时对该坩埚执行垂直梯度冷凝方法。此外，结晶化温度梯度和/或坩埚接着被相对于彼此移动，以熔化原材料，并且将材料重组为单晶锗锭，其中，由于在该装置中执行的垂直生长方法，所述装置可重复地提供具有减少量子的微坑密度的锗锭。例如，可以可重复地提供具有下列范围的微坑密度的锗锭：大于大约0.025/cm2且小于大约0.51/cm2；大于大约0.025/cm2且小于大约0.26/cm2；大于大约0.025/cm2且小于大约0.13/cm2；小于大约0.13/cm2；以及大于大约0.025/cm2且小于大约0.26/cm2。此外，可通过控制冷却速率和其他条件，进一步控制(减小的)微坑密度。
在一个示例实施方式中，在通过垂直梯度冷凝(VGF)法的晶体生长期间，被连接到晶体生长炉和安瓿支撑件的控制器可用从大约0.1至大约10℃/小时的冷却速率且用从大约0.5至大约10℃/cm的温度梯度，冷却在已生长的单晶晶体/化合物30与原熔体材料32之间的界面。在另一个示例实施方式中，在包括垂直Bridgman(VB)法的晶体生长期间，控制器可用从大约0.1至大约10℃/小时的冷却速率且用从大约0.5至大约10℃/cm的温度梯度，冷却在已生长的单晶晶体/化合物30与原熔体材料32之间的界面。
在又一个示例实施方式中，在包括垂直梯度冷凝(VGF)法和/或垂直Bridgman(VB)法的晶体生长/冷却期间，控制器可在大约起初的5小时内用大约3℃/小时的冷却速率，然后在冷却过程的剩余阶段内用从大约30℃/小时到大约45℃/小时的冷却速率，冷却在已生长的单晶晶体/化合物30与原熔体材料32之间的界面。
回到上述的图1A的示例系统，安瓿和坩埚可具有渐缩(漏斗形)的区域。在安瓿-坩埚组合具有漏斗形的实施方式中，坩埚支撑件22容纳此漏斗形，且将该安瓿26稳定且竖直地保持在炉24之内。在其他实施方式中，所述安瓿-坩埚组合可保留不同形状，且坩埚支撑件22的基本结构可作相应的改变，以配合具体的不同形状。根据另一实施方式，安瓿及其内容物的稳定性和强度均通过坩埚支撑件22的坚固的薄壁形的圆柱体50来提供。所述坚固的薄壁形的圆柱体50容纳了安瓿结构26的漏斗端。在一个实施方式中，坩埚支撑件圆柱体50是由导热材料优选地是石英制成的。在其他实施方式中，碳化硅和陶瓷也可用于形成该坩埚支撑件圆柱体50。该圆柱体50与安瓿26形成一圆圈接触，其中圆柱体50的上缘与该安瓿的渐缩的区域38的肩部相遇。这样的结构导致了最小的固体-固体接触，这保证了几乎不发生或完全不发生非预期的、相对不可控制的热传导。结果，可以由其他更为可控的过程来产生热。
在其他实施方式中，低密度绝缘材料，诸如陶瓷纤维，填充了支撑件圆柱体50的内侧的大部分区域，而只有大致在该绝缘材料的中心的一个轴向空芯52被留空以接收安瓿26的籽晶井42。在其他实施方式中，所述低密度绝缘材料还可包括氧化铝纤维(1800摄氏度)、氧化铝-二氧化硅纤维(1426摄氏度)和/或氧化锆纤维(2200摄氏度)。该绝缘材料被仔细地放置在坩埚支撑件22中。安瓿26的重量，随着它坐落到圆柱体50的顶上，将绝缘材料向下推，并且形成了倾斜的绝缘材料边缘54。将圆柱体内部的大部分区域以低密度绝缘体填充，降低了空气的流动，这保证了几乎不发生或完全不发生非预期的、相对不可控制的对流。类似于传导，对流也是一种不可控的热传递方法，其可对VGF/VB以及本文的其他晶体生长方法有害。
如图1A的示例性系统中所示，具有近似等于安瓿籽晶井42直径的空芯52向下延伸到所述安瓿籽晶井42的底部以下的一小段距离处。在另一个实施方式中，空芯52可延伸穿过所述坩埚支撑件，从籽晶井的底部到炉装置24的底部。该空芯52提供了起自晶体中心的冷却路径。它对在该籽晶井中和在正在生长的晶体的中心内的冷却作出了贡献。利用此结构，热能可以向下逸出穿过实心晶体的中心以及籽晶，向下穿过晶体支撑件22之内的绝缘材料中的这一空芯52。在没有空芯52的情况下，冷却锭的中心的温度将自然地比更接近于外部表面的晶体材料的要高。在此情况下，在任何水平横截面内，该锭的中心将会在其外围已经凝固之后才结晶化。在这些条件下，不能制造具有均一的电气特性的晶体。在晶体支撑件中包括有空芯52的实施方式中，热能被导引向下穿过安瓿26的底部以及空芯52，从这里热能回辐射出辐射沟道56。从正在生长的晶体的中心减少热能是重要的，以使得等温层在晶体直径上保持平坦。维持一个平坦的晶体-熔体界面，使得能够生产具有均一电气特性和物理特性的晶体。
在某些实施方式中，在圆柱体50之内的低密度绝缘材料可阻碍从一组炉加热部件60到位于籽晶井区域42中的安瓿26的热辐射流动，因此，此方法要求建立多个穿过该绝缘材料的水平辐射沟道/开口/隧道56。该辐射沟道56穿透该绝缘材料，以提供热辐射出口，以可控制地将热从炉加热部件60传递到安瓿籽晶井42。辐射沟道56的数量、形状和直径根据具体条件而有所不同。这些辐射沟道也可以是倾斜的、弯的或波状的。辐射沟道也可以不必须是连续的，因为它们可以仅仅部分地延伸穿过该绝缘材料。这有助于使对流的气流最小化。在一个实施方式中，这些沟道的直径较小，处于铅笔宽度的数量级，从而对流空气流不显著。根据本发明的其他实施方式，较大的具有一平方英寸数量级或更大的横截面面积的孔也可被使用。穿过绝缘材料的辐射沟道56也与绝缘材料中心的空芯52一同工作以辐射从晶体中心汲取的热能，并且用平面等温温度梯度层冷却该晶体。辐射沟道56允许温度控制，并且与晶体生长良率直接相关。
如图1A所示的炉24是可用于垂直梯度冷凝(VGF)法和垂直Bridgman(VB)法或垂直Bridgman-Stockbarger(VBS)晶体生长法的炉的一个实施例。也可以使用其他炉。在VGF晶体生长法中，加热源(其本身可以固定)之内的结晶化温度梯度移动，而晶体保持静止。在VB晶体生长法中，加热源及其固定的结晶化温度梯度保持静止，而晶体移动。在VBS晶体生长法中，加热源及其固定结晶化温度梯度移动，而晶体保持静止。
图1B是符合本文创新点的某些方面的示例坩埚99的横截面图。参见图1B，用于本文某些示例晶体生长炉的示例坩埚可具有渐缩的晶体生长区域，该晶体生长区域具有大约25mm至大约50mm的长度。此外，在某些示例实施方式中，坩埚99和锭可具有在该渐缩之后的生长长度(“预定生长长度”)，该生长长度大约110mm至大约200mm长。
图2示出了符合本文创新点的晶锭或晶圆的一个区域，其含有微坑200。如图2中可见，这样的微坑200的存在产生了引人注意的黑点以及在已生长的锗材料中的相关问题。当微坑数量过高时，作为结果的锭或晶圆可能不可用，从而要求回收。因此，微坑或微腔可减少晶体生长法的良率，且希望减少这样的缺陷。克服这样的微坑问题的系统、炉和晶体生长方法导致了较大的良率。
图3A大体地示出了符合本文创新点的晶体生长的示例实施方式。根据这样的实施方式，一种示例方法可包括：在步骤280将Ge原材料装载进坩埚；在步骤282密封该坩埚和/或保持住该坩埚的容器或器皿，将该坩埚放进晶体生长炉，将该坩埚中的Ge原材料熔化以产生熔体；以及在步骤284执行垂直生长法以形成单晶锗锭。此外，该方法可进一步包括一个或多个步骤，包括：控制熔体的结晶化温度梯度，同时将该熔体放置与籽晶接触；通过相对于彼此移动该结晶化温度梯度和/或该坩埚从而形成一个单晶锗锭；以及冷却该单晶锗锭。此外，由于本文的垂直生长法，可重复地提供具有减少的量子的微坑密度的锗锭。例如，可以可重复地提供具有下列范围的微坑密度的锗锭：大于大约0.025/cm2且小于大约0.51/cm2；大于大约0.025/cm2且小于大约0.26/cm2；大于大约0.025/cm2且小于大约0.13/cm2；小于大约0.13/cm2；以及大于大约0.025/cm2且小于大约0.26/cm2。在某些示例实施方式中，微坑密度可以通过控制冷却速率和其他条件来控制。此外，符合本文创新点而生产的单个晶体衬底可具有，从生长部分的开始端到生长部分的末端，大约9×1017到大约4×1018或大约5×1018/cm3的载流子浓度，以及大约7×10-3到2×10-3或3×10-3Ω·cm的电阻率，具有大约950cm2/Vs到大约450cm2/Vs的迁移率。此外，位错密度可小于大约500/cm2，或甚至小于大约200/cm2。载流子浓度、迁移率和位错密度也可以通过控制冷却速率和其他条件来控制。
图3B示出了符合本文创新点的用于晶体生长的另一个示例方法80，使用了垂直梯度冷凝(VGF)法和垂直Bridgman(VB)法的步骤，这可减少微坑密度且导致较高的良率。在这样的示例晶体生长法中，在步骤82，如上所述为晶体生长而准备炉。在步骤84，对于从籽晶的最初晶体生长，使用VGF法。在步骤86，在晶体生长过程中的一个特定点，可使用VB法或VBS法来完成晶体生长。当使用VB或VBS法时，熔体/固体线被保持在一水平，然后用固定的条件继续该方法，因为该方法通常对于VGF法是需要改变的，因为不需要减少体积。在此方法的一个示例实施方式中，例如，VB法可用在如图1A所示的渐缩的区域38上方大约12-15mm(1/2英寸)处，或者在大约12-45mm处，或者甚至更高。符合本文的实施方式和实验结果，VGF和VB方法的结合可生产具有更少微坑的更好的晶体。上述示例方法可以与图1A中所示的炉一起使用，尽管也可以和其他晶体生长炉一起使用。该方法可被用于生长直径从2英寸到6英寸或更大的晶体。
在另外的垂直生长实施方式中，根据本文的示例创新点，提供了在晶体生长炉中生长单晶锗(Ge)晶体的方法，其中该晶体生长炉包括加热源、多个加热区域、一个安瓿和一个坩埚。在这些实施方式中，一种示例方法可包括：将Ge原材料装载到坩埚中；密封坩埚和容器；将坩埚放置到晶体生长炉内；在坩埚内熔化Ge原材料以产生熔体；控制该熔体的结晶化温度梯度同时将该熔体放置以与籽晶接触；通过将该结晶化温度梯度和/或坩埚相对于彼此运动从而形成一个单晶锗锭；以及冷却该单晶锗锭。此外，由于该垂直生长方法，可重复地提供具有减少量子的微坑密度的锗锭。例如，可以可重复地提供具有下列范围的微坑密度的锗锭：大于大约0.025/cm2且小于大约0.51/cm2；大于大约0.025/cm2且小于大约0.26/cm2；大于大约0.025/cm2且小于大约0.13/cm2；小于大约0.13/cm2；以及大于大约0.025/cm2且小于大约0.26/cm2。如本文别的地方所提出的，这样的微坑密度可以通过控制冷却速率和其他条件来控制。此外，该方法还可包括添加砷(As)、镓(Ga)和/或锑(Sb)作为掺杂剂。
在一个示例实施方式中，该方法可包括通过垂直梯度冷凝(VGF)法生长和包括一个冷却过程，其以大约0.1到大约10℃/小时的冷却速率和介于大约0.5到大约10℃/cm的温度梯度执行。在另一个示例实施方式中，该方法可包括包括有垂直Bridgman(VB)法，以大约0.1到大约10℃/小时的冷却速率和从大约0.5到大约10℃/cm的温度梯度的晶体生长。在又一个示例实施方式中，晶体生长的方法可包括晶体生长/冷却，其包括垂直梯度冷凝(VGF)法和/或垂直Bridgman(VB)法，在大约起初5小时内用大约3℃/小时的冷却速率，在冷却过程的剩余阶段内用从大约30℃/小时到大约45℃/小时的冷却速率。
如图4中所示，装载坩埚90可位于坩埚27的上方，且允许该坩埚27被装载更多的原材料。具体地，锗原材料92是固体的，且因此不能紧密地填塞到坩埚27中以被熔化。因此，装载坩埚被用于持有额外的可被熔化的原材料，然后被向下排至坩埚中，这导致了坩埚27中更大的锗装料(charge)，由此导致了更大长度的锗晶体。例如，起初可向装载坩埚90中装载大约35％到大约65％的原材料，且大约65％至大约35％的原材料可直接装载到坩埚27中。例如，符合本文的一些用于晶体生长的方法，可向炉内装载大约10kg的装料，以生产200mm的4英寸锭，该锭具有本文的低微坑密度。
现在，进一步详细描述使用上述晶体生长炉和方法(VGF和VB结合)生长的且具有4”(100mm)直径的锗晶体生长的实施例。为了生长一个示例晶体，坩埚的尺寸是100mm直径和200mm长度的晶体生长区域40。在籽晶井区域42中坩埚的直径是7mm。在一个示例实施方式中，可装载10kg的锗前体材料用于锭生长。在操作中，首先，锗籽晶被插入pBN坩埚27的底部部分。接下来，可在其中添加大约10kg的锗材料，以及大约36g的作为液体密封剂的氧化硼。然后，载有装料的pBN坩埚被插入石英安瓿中。该石英安瓿在减少的压力下用石英盖密封。然后该石英安瓿被载入炉内并且放置在坩埚支撑件上。
一旦安瓿被载入炉内，就可用大约150-200℃/小时的速率加热该石英安瓿。在一个示例方法中，当该温度达到籽晶部分的熔点且在晶体生长区域的锗熔化范围(约940至955℃)之上大约3-18℃时，可一直保持该温度点直到所有单晶锗材料均熔化(例如，在某些实施方式中，大约2至4小时)。一旦该单晶锗材料熔化，则先将VGF方法用于晶体生长。然后可在下方的加热区域中缓慢地降低温度，以允许开始于籽晶部分的晶体生长开始并且继续经过过渡区域，直到晶体生长区域冷却为止，结合VGF法和/或VB法，在晶体生长过程结束后，在大约起初5小时内用大约3℃/小时的冷却速率，在冷却过程的剩余阶段内用从大约30℃/小时到大约45℃/小时的冷却速率。在另一个示例实施方式中，晶体生长冷却可发生在大约0.1到大约10℃/小时的冷却速率和从大约0.5到10℃/cm的温度梯度下(例如，与VGF法有关)。此外，在一个示例VB法中，可使用0.3-0.47℃/小时的晶体生长冷却速率，同时维持从1.2到1.8℃/cm的温度梯度。
根据本文中某些示例的VGF和VB的结合方法，当在晶体生长区域中晶体已经生长了大约1英寸至大约3英寸时，可开始VB法。在VB法中，坩埚向下速度被控制到精确的冷却/生长参数，例如在晶体生长区域内大约0.2至大约0.5℃/小时的冷却速率和/或大约0.3至大约2.5℃/cm的温度梯度。可通过这样的方法从200mm长的锭得到最终具有大约190mm的长度和高质量(例如，低微坑密度或“低MPD”)的晶体，这是大约95％的晶体良率。借助于这样的方法，可以可重复地提供具有下列范围的微坑密度的锗锭：大于大约0.025/cm2且小于大约0.51/cm2；大于大约0.025/cm2且小于大约0.26/cm2；大于大约0.025/cm2且小于大约0.13/cm2；小于大约0.13/cm2；以及大于大约0.025/cm2且小于大约0.26/cm2。
此外，符合本文创新点而生产的单个晶体衬底可具有，从生长部分的开始端到生长部分的末端，大约9×1017到大约4×1018或大约5×1018/cm3的载流子浓度(测得大约9×1017到大约4.86×1018/cm3的范围)，以及大约7×10-3到2×10-3或3×10-3Ω·cm的电阻率(测得大约7.29×10-3到大约2.78×10-3Ω·cm的范围)，具有大约950cm2/Vs到大约450cm2/Vs的迁移率(测得955cm2/Vs和467cm2/Vs的值)。此外，位错密度可小于大约500/cm2，或甚至小于大约200/cm2。
根据图4至5，提供了用于生长单晶锗晶体的系统和方法，其中一旦最初的原材料装料已被熔化，就可向坩埚添加额外的原材料熔体(例如在VGF和/或VB等法中)，但要在晶体生长开始之前，从而允许生长更长的单晶锭。此外，该方法可包括：将第一Ge原材料装载到坩埚中，该坩埚包括持有籽晶的籽晶井；将第二Ge原材料装载到用于补充所述Ge熔体材料的容器中；在一个安瓿中密封所述坩埚和所述容器；以及将具有该坩埚的安瓿放置进晶体生长炉中，该晶体生长炉具有支撑所述安瓿的、可移动的安瓿支撑件。此外，示例实施方式可包括：在该坩埚中熔化第一Ge原材料以产生熔体；在该容器中熔化第二Ge原材料；以及将熔化的第二Ge原材料添加到所述熔体。其他示例实施方式可包括控制所述熔体的结晶化温度梯度，以使得该熔体在与籽晶接触时结晶化并且形成单晶锗锭，且可选地，冷却该单晶锗锭。
在一个示例实施方式中，形成单晶锗锭的步骤可包括，在晶体生长区域内产生大约0.3到大约2.5℃/cm的温度梯度。另外地，所述单晶锗锭可在大约0.2到大约0.5℃/小时的速率被冷却。此外，在结晶化温度梯度运动期间可将该坩埚保持静止。
根据某些示例实施方式，单晶锗锭可具有介于大约50mm到大约200mm(大约2英寸到大约8英寸)之间的直径。在一个实施方式中，例如，该单晶锗锭可具有152.4mm(6英寸)的直径。此外，通过根据本文创新点生产的具有介于大约50mm到大约200mm(大约2英寸到大约8英寸)之间的直径的单晶锗锭和晶圆，可以可重复地提供下列范围的微坑密度：大于大约0.025/cm2且小于大约0.51/cm2；大于大约0.025/cm2且小于大约0.26/cm2；大于大约0.025/cm2且小于大约0.13/cm2；小于大约0.13/cm2；以及大于大约0.025/cm2且小于大约0.26/cm2。
此外，根据本文创新点而生产的具有介于大约50mm到大约200mm(大约2英寸到大约8英寸)之间的直径的单个晶体衬底可具有，从生长部分的开始端到生长部分的末端，大约9×1017到大约4×1018或大约5×1018/cm3的载流子浓度(测得大约9×1017到大约4.86×1018/cm3的范围)，以及大约7×10-3到2×10-3或3×10-3Ω·cm的电阻率(测得大约7.29×10-3到大约2.78×10-3Ω·cm的范围)，具有大约950cm2/Vs到大约450cm2/Vs的迁移率(测得955cm2/Vs和467cm2/Vs的值)。此外，位错密度可小于大约500/cm2，或甚至小于大约200/cm2。
关于符合本文创新点的系统，用于生长大直径单晶锗晶体的示例装置可包括：一个晶体生长炉，其包括一个加热源和多个加热区域；一个安瓿，其被配置为装载在该炉中，其中该安瓿包括一个装载容器和一个具有籽晶井的坩埚；一个可移动的安瓿支撑件；以及一个控制器，其被连接到该晶体生长炉和该可移动的安瓿支撑件。此外，该控制器可控制所述加热源的加热区域中的一个或多个以及该可移动的安瓿支撑件，以当该坩埚处于该炉中时对该坩埚执行垂直梯度冷凝法。
根据某些实施方式，所述晶体生长炉可具有多个加热区域，例如介于4到8个加热区域，介于5到7个加热区域，或6个加热区域。根据预期的锭/晶圆直径，示例坩埚可具有介于大约50mm到大约200mm(大约2到大约8英寸)之间或在某些实施方式中大约150mm(大约6英寸)的内径。
图5A至5D示出了根据本文创新点的某些方面的锗晶体生长的另一个示例实施方式。图5A至5D是用于生长单晶锗晶体的装置的纵向横截面图，示出了和与本发明相关的某些方面相符合的示例晶体生长方法。图5A示出了一种晶体生长装置的一个实施例的横截面图。该装置可包括用于垂直梯度冷凝(VGF)生长法和/或垂直Bridgman(VB)生长法的一个炉，且在炉1内可包括一个安瓿支撑件11，其中加热器2是由多个区域组成的，每个区域都被由计算机控制的控制系统单独地控制。每个区域的温度都可被调节，以给出预期的总体温度分布以及温度梯度，用于所述熔体的受控凝固。所述温度分布以及温度梯度被调节以使得，结晶化界面持续地/可预测地向上移动穿过该熔体，例如，在晶体锭生长区域中产生大约0.3至大约2.5℃/cm的温度梯度。安瓿支撑件11可被用于为安瓿3(其在一个实施方式中是由石英制成的)提供物理支撑和热梯度控制，该安瓿3包括一坩埚12，而该坩埚12能够在籽晶井18中持有籽晶。当该炉处于操作中时，可以在晶体生长过程期间轴向地移动该安瓿支撑件11。该坩埚12可包括籽晶17，从该籽晶生长了形成于该籽晶的顶部上的单晶。在一个实施方式中，该坩埚12可以是热解氮化硼(pBN)结构，该结构具有圆柱形晶体生长部分13、直径较小的籽晶井圆柱体18以及渐缩的过渡部分7。晶体生长部分13在坩埚12的顶部开口，且具有与晶体产品的预期的直径相等的直径。当前工业标准晶体直径是50.8、76.2、100.0和150.0mm(2、3、4和6英寸)直径的锭，其可被切割成晶圆。在一个示意性实施方式中，在坩埚12的底部，籽晶井圆柱体18可具有封闭的底部，以及略大于高质量籽晶17的直径的直径，例如大约6至25mm，以及30-100mm数量级的长度。圆柱形晶体生长部分13和籽晶井圆柱体18可具有直的壁，或者可以向外渐缩一度或几度的数量级，以便于从坩埚12移去该晶体。在生长部分13和籽晶井圆柱体18之间的渐缩的过渡部分7具有一个成角度的侧壁，其倾斜了例如大约45至60度，具有等于生长区域壁的较大直径并连接到该生长区域壁，且具有等于籽晶井壁的较小直径并连接到该籽晶井壁。成角度的侧壁也可具有比45至60度更为陡峭或更为平坦的其他角度。
在某些示例实施方式中，安瓿3可由石英制成。安瓿3可具有类似于坩埚12的形状。该安瓿3在晶体生长区域19中是圆柱形的，在其籽晶井区域19中是具有较细直径的圆柱形，且在这两个区域之间具有渐缩的过渡区域8。坩埚12被装配在安瓿3内部，在它们之间具有窄的空隙。一个用作原材料容器的第二、上方容器4被安置于石英支撑件6上。石英支撑件6被密封于安瓿3的中部。在本发明的一个实施方式中，这一第二容器4是由pBN制成的。大多数的原材料5填充在这个第二容器4之内。在加热过程中，原材料被熔化且从第二容器的底孔向下落入主坩埚12。安瓿3在其籽晶井区域19的底部是封闭的，且当坩埚和原材料被装载之后在顶部密封。砷(As)、镓(Ga)和/或锑(Sb)均可作为掺杂剂加入坩埚12和/或第二容器4。
在某些实施方式中，圆柱体16可被塑形为与安瓿3形成圆圈接触，其中圆柱体16的上缘与该安瓿的渐缩的区域8的肩部相遇。这样的结构导致了最小化的固体-固体接触，这保证了几乎不发生或完全不发生非预期的、相对不可控制的热传导。结果，可以由其他更为可控的过程来产生热。
在本文创新点的一个示例实施方式中，在单晶锗锭生长阶段中，可用大约0.2至大约0.5℃/小时的速率降低炉温，以允许单晶锗锭生长。
从图5A到图5D的一系列图示出了另一个示例锗生长方法，包括熔化锗和供给锗的特征。参见这些附图，图5A示出了示例方法的初始状态，其中固体锗既存在于上方容器4中又存在于坩埚12中。作为创新性的加热特征和方法，接下来在图5B中示出了锗熔体的中间状态，图5B示出了这样的状态，其中固体锗在坩埚12中已被熔化为液体。
炉的加热区域的加热部件可以结合各自的功率源来进行调节，以使得所述上方容器被提供了所需的热能。具体地，上方容器3可被加热以使得该上方容器3中的锗开始熔化，且熔化的锗经过容器3底部的孔流入坩埚12。在一个示例实施方式中，炉中所述上方容器存在的区域被加热到大约940摄氏度到大约955摄氏度的范围，或者大约945摄氏度到大约950摄氏度的范围。这一过程持续进行直到所述上方容器3中的所有锗都熔化并且流入所述坩埚12为止。
如图5A至5D所述的炉1是可被用于垂直梯度冷凝(VGF)晶体生长方法的炉的一个实施例。其他炉和结构，诸如垂直Bridgman，也可被使用。在VGF晶体生长法中，在一个固定的加热源中的结晶化温度梯度被电动地移动，同时该晶体是静止的。
为了执行垂直梯度冷凝(VGF)生长，有必要在炉内建立适当的温度梯度分布。该炉的加热区域在它们各自的功率源方面是通过计算机被分立且单独地控制，该计算机被编程为加热和制冷，以满足炉结晶化温度和温度梯度要求。关于锗锭的生长，例如，炉温起伏可被要求在小于大约±0.1℃的范围之内。在炉的准备期间，多晶锗原材料被装载到安瓿3中，如本文中别处更详细地描述。
如图中所示，在渐缩的部分具有一个孔的pBN装载容器4被安置于一个支撑件6之上，该支撑件6是由石英制成，位于安瓿3中的坩埚12上方。第二容器4可被放置在坩埚12上方且位于安瓿3之内。第二容器4的孔可被置于底部表面中心的中心处，该底面具有向着安瓿3延伸的渐缩的形状。该坩埚3可具有接收熔化的晶体的开口，该熔化的晶体是从该第二容器4的底部表面中心处的孔落下来的。该装载容器4允许该坩埚12载有更多的原材料。具体地，锗原材料5通常是固体的大块或小块，且因此不能被紧密地填塞到坩埚12中以被熔化。因此，装载容器被用于持有额外的可被熔化的原材料，该原材料然后被向下排至坩埚12中，这导致了坩埚12中更大的锗装料，从而导致产生了更大长度和直径的锗晶体。例如，起初可向装载容器4中装载大约65％的原材料，且大约35％的原材料被直接装载到坩埚12中。作为一个非限定实施例，向坩埚12中装载5.115kg装料的原材料，并且向装载容器4中装载9.885kg装料的原材料，导致了15000g(15kg)装料，其产生了150mm(6英寸)直径的锗锭。
在一个实施例中，可在锗中掺杂砷(As)。这里，在装载装料之前，例如可向坩埚内装载9°取向偏离<100>的籽晶。原材料的装料与适当量的掺杂剂被装载到该坩埚中且装载到装载容器中，该坩埚和该装载容器被放入石英安瓿3中。该安瓿及其内容物被排气至大约2.00×10-4帕斯卡(大约1.5×10-4托(Torr))的真空，在此之后该安瓿被密封且装载到炉中，如图1A所示。炉被启动，且该安瓿及其内容物被加热以使得坩埚12中的原材料熔化。在生长期间，该炉处于大约1000℃的温度，因为锗的熔点是大约940℃。根据该锭的不同位置，结晶化界面温度梯度可被调节到大约0.5到大约10℃/cm。此外，整体温度分布可被调节，以给出大约1-2mm/小时的结晶化速率。当凝固完成后，该炉可被以大约20至40℃/小时速率冷却。由本文中这样的示例方法产生的Ge锭可具有可重复地提供下列范围内的微坑密度：大于大约0.025/cm2且小于大约0.51/cm2；大于大约0.025/cm2且小于大约0.26/cm2；大于大约0.025/cm2且小于大约0.13/cm2；小于大约0.13/cm2；以及大于大约0.025/cm2且小于大约0.26/cm2。
在另一个实施例中，该创新设备包括石英安瓿，在该石英安瓿内可插入pBN装载容器和坩埚以及用于保持该pBN装载容器的支撑件6。关于示例尺寸，该坩埚可在生长晶体部分具有大约150mm的直径，在生长晶体部分具有大约160mm的长度，以及在籽晶部分具有大约7mm的直径。在一个示例实施方式中，<100>定向的锗籽晶被插入该pBN坩埚的籽晶井，而96g三氧化二硼作为液体密封剂被放入pBN坩埚中，位于籽晶上方。然后，总共14,974g的多晶锗材料被分别装载到pBN坩埚和pBN容器中，且pBN容器和坩埚都被插入一个石英安瓿中，且使用一个石英盖将处于减少的压力——大约2.00×10-4帕斯卡(1.5×10-6托(Torr))——下的所述石英安瓿密封。然后密封的安瓿被装载到炉中，并且放置在安瓿支撑件上。
上述石英安瓿被以大约270℃/小时的速率加热。当该温度处于正在结晶化的材料的熔点以上大约30℃时，该加热被维持，直到所有结晶材料都被熔化。
如图6中所提出，公开了一种和本文创新点相符的用于生长单晶锗晶体的示例方法。在一个示例实施方式中，提供了一种方法，用于：将第一Ge原材料装载入一个坩埚，所述坩埚包括一个持有籽晶的籽晶井；将第二Ge原材料装载到用于补充原材料的容器中，该容器被放置于安瓿中；在所述安瓿中密封所述坩埚和所述容器；将具有该坩埚和该容器的所述安瓿放置进晶体生长炉中；控制该第一Ge原材料在坩埚中的熔化以产生熔体；控制第二Ge原材料在所述容器中的熔化。此外，这样的方法可包括下列之一或更多：控制将熔化的所述第二Ge原材料向所述熔体的添加；控制该熔体的结晶化温度梯度以使得当该熔体与籽晶接触时该熔体结晶化并且形成单晶锗锭；以及冷却该单晶锗锭。
其他示例实施方式可包括：控制第二Ge原材料在所述容器中的熔化，包括控制对第二Ge原材料施加的加热；以及将熔化的第二Ge原材料维持在一温度范围内。另外，控制将熔化的所述第二Ge原材料向所述熔体的添加可包括：将所述熔体维持在特定的温度范围内，而这样的范围可以是大约940至大约955摄氏度，或者大约945至大约950摄氏度。此外，控制将熔化的所述第二Ge原材料向所述熔体的添加可包括：将所述熔体维持在特定的温度范围内，例如上面所列出的范围。
在其他的示例实施方式中，加热功率和/或一个或多个冷却速率可被控制，或者以受控的方式减少，以产出具有可重复提供范围的晶体特性的锗锭。此外，由于这样的方法控制，可以可重复地提供具有减少的微坑腔密度(例如，处于本文中提出的任何其他范围内)的单晶锗锭。
此外，借助于本文提出的方法，可以可重复地提供具有处于上述各种不同范围内的微坑密度的锗晶体，而不使用额外的气源掺杂技术。这些优点的方面，例如，可涉及使用密封的安瓿(例如，在真空下密封，在一压力下或在其他条件下，等等)并且避免相关的复杂情况诸如对昂贵的气源硬件和控制系统/电子器件等等的需求。在某些情况下，此处的创新点可以有利地与具有非接触掺杂技术的系统和方法相关联。同样地，可以可重复地提供具有在上述各种不同范围内的位错密度的锗晶体，而不使用接触掺杂技术和/或外部气源掺杂技术。
在某些实施方式中，VGF方法可被用于执行晶体生长。此外，加热器功率可首先在最下面的加热区域内被降低，以启动在籽晶处的晶体生长，然后该加热器功率可在过渡区域内被减少，其中冷却速率是大约0.3至大约0.4℃/小时。这一冷却速率被保持大约70小时。一旦结晶化达到了主生长区域，在适当区域内降低加热器功率，以给出大约0.4到大约0.7℃/小时的冷却速率，以及大约1.2到大约3.0℃/cm的结晶化界面温度梯度，所述冷却速率和所述结晶化界面温度梯度均被维持大约120小时。在结晶化完成之后，以大约20至大约40℃/小时的冷却速率冷却该炉直到其达到室温为止。
一个最终的示例晶锭具有125mm的主体长度，且完全是单个晶体。例如，从生长部分的开始端到生长部分的末端，这样的晶体具有低的微坑密度，且也可具有大约9×1017到大约4×1018或大约5×1018/cm3的自由载流子浓度(测得大约9×1017到大约4.86×1018/cm3的范围)，以及大约7×10-3到2×10-3或3×10-3Ω·cm的电阻率(测得大约7.29×10-3到大约2.78×10-3Ω·cm的范围)，具有大约950cm2/Vs到大约450cm2/Vs的迁移率(测得955cm2/Vs和467cm2/Vs的值)。此外，位错密度可小于大约500/cm2，或甚至小于大约200/cm2。
同样地，应注意，由本公开内容的方法/过程所产生的任何锗晶体衬底(例如，锭、晶圆等)均特别地处于本文创新点的范围之内。此外，包括由本文中任何所述方法/过程生产的这样的锗晶体衬底的任何产品(例如，电子的或光电子器件，等等)也符合本创新点。
虽然前文提及了本发明的具体实施方式，但本领域技术人员应理解，可在不背离本发明的原理和精神的前提下作出对该实施方式的改变，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (66)

1.一种在晶体生长炉内生长单晶锗晶体的方法，所述晶体生长炉包括一个加热源、多个加热区域、一个安瓿和一个坩埚，所述方法包括：
将锗原材料装载入该坩埚；
密封该坩埚和容器；
将该坩埚放进具有坩埚支撑件的晶体生长炉中；
熔化该坩埚中的锗原材料以生成熔体；
控制该熔体的结晶化温度梯度，同时将该熔体放置为与籽晶相接触；
通过所述结晶化温度梯度和/或所述坩埚的相对于彼此的运动，形成单晶锗锭；以及
冷却该单晶锗锭；
其中可重复地提供具有大于0.025/cm2且小于0.51/cm2的微坑密度的单晶锗锭;
其中所述坩埚具有渐缩的晶体生长区域，该晶体生长区域具有25mm至50mm的长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中提供具有大于0.025/cm2且小于0.26/cm2的微坑密度的单晶锗锭。
3.根据权利要求1所述的方法，其中提供具有大于0.025/cm2且小于0.13/cm2的微坑密度的单晶锗锭。
4.根据权利要求1所述的方法，其中提供具有小于0.13/cm2的微坑密度的单晶锗锭。
5.根据权利要求1所述的方法，其中提供具有大于0.05/cm2且小于0.26/cm2的微坑密度的单晶锗锭。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括将砷作为掺杂剂添加到所述单晶锗晶体。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括将镓作为掺杂剂添加到所述单晶锗晶体。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括将锑作为掺杂剂添加到所述单晶锗晶体。
9.根据权利要求1所述的方法，其中通过垂直梯度冷凝法以从0.1至10℃/小时的冷却速率且以从0.5至10℃/cm的温度梯度来生长所述晶体。
10.根据权利要求1所述的方法，其中通过垂直Bridgman法以从0.1至10℃/小时的冷却速率且以从0.5至10℃/cm的温度梯度来生长所述晶体。
11.根据权利要求1所述的方法，其中已生长的晶体通过一个冷却过程冷却，通过垂直梯度冷凝法和/或垂直Bridgman法，在起初5小时内以3℃/小时的冷却速率且在该冷却过程的剩余阶段内以从30℃/小时到45℃/小时的冷却速率来冷却。
12.根据权利要求1所述的方法：
其中所述晶体生长炉包括被配置为产生可移动的温度梯度的结构；且
其中一个控制器被连接到所述晶体生长炉，所述控制器控制该可移动的温度梯度，以当该坩埚处于所述晶体生长炉内时在该坩埚上执行晶体生长方法。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述可移动的温度梯度是通过控制多个加热区域实现的。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述移动的温度梯度是通过所述加热源、所述坩埚、所述安瓿和/或所述坩埚支撑件中的一个或多个的相对移动实现的。
15.根据权利要求12所述的方法，其中一个固定的加热源被控制以相对于固定的所述坩埚移动所述结晶化温度梯度，以熔化该原材料并将其重组为单晶化合物，并且以预定晶体生长长度在该坩埚上执行晶体生长法，其中所述温度梯度相对于固定的所述坩埚移动以继续熔化该原材料并将其重组为单晶化合物。
16.根据权利要求12所述的方法，还包括一个固定的加热源。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述预定晶体生长长度是在所述渐缩的晶体生长区域上方110mm到200mm。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述晶体生长炉生产不具有体系属缺陷的晶锭。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述锭是通过垂直生长法生长的。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述垂直生长法是垂直梯度冷凝法和/或垂直Bridgman法其中之一或两者。
21.一种用于生长锗晶体的方法，包括：
将具有带有籽晶和原材料的坩埚的安瓿插入一个炉，所述炉被配置为给坩埚中的锗提供一个可移动的温度梯度；
使用垂直梯度冷凝法生长晶体，其中来自加热源的结晶化温度梯度和所述坩埚相对于彼此运动，以熔化该原材料并将其重组为单晶化合物；并且
在该炉中的该安瓿上使用垂直Bridgman法，以预定晶体生长长度生长所述晶体，其中所述安瓿被相对于固定的所述加热源移动，以继续熔化该原材料并将其重组为单晶化合物；
其中可重复地提供具有大于0.025/cm2且小于0.51/cm2的微坑密度的单晶锗锭；
其中所述坩埚具有渐缩的晶体生长区域，该晶体生长区域具有25mm至50mm的长度。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述可移动的温度梯度是通过多个加热区域实现的。
23.根据权利要求21所述的方法，其中提供具有大于0.025/cm2且小于0.26/cm2的微坑密度的单晶锗锭。
24.根据权利要求21所述的方法，其中提供具有大于0.025/cm2且小于0.13/cm2的微坑密度的单晶锗锭。
25.根据权利要求21所述的方法，其中提供具有小于0.13/cm2的微坑密度的单晶锗锭。
26.根据权利要求21所述的方法，其中提供具有大于0.025/cm2且小于0.26/cm2的微坑密度的单晶锗锭。
27.根据权利要求21所述的方法，还包括将砷作为掺杂剂添加到所述锗晶体。
28.根据权利要求21所述的方法，还包括将镓作为掺杂剂添加到所述锗晶体。
29.根据权利要求21所述的方法，还包括将锑作为掺杂剂添加到所述锗晶体。
30.根据权利要求21所述的方法，其中通过垂直梯度冷凝法以从0.1至10℃/小时的冷却速率且以从0.5至10℃/cm的温度梯度来生长所述晶体。
31.根据权利要求21所述的方法，其中通过垂直Bridgman法以从0.1至10℃/小时的冷却速率且以从0.5至10℃/cm的温度梯度来生长所述晶体。
32.根据权利要求21所述的方法：
其中所述晶体生长炉包括被配置为产生可移动的温度梯度的结构；且
其中一个控制器被连接到所述晶体生长炉，所述控制器控制该可移动的温度梯度，以当该坩埚处于所述晶体生长炉内时在该坩埚上执行晶体生长方法。
33.根据权利要求31所述的方法，其中所述可移动的温度梯度是通过控制多个加热区域实现的。
34.根据权利要求31所述的方法，其中所述移动的温度梯度是通过所述加热源、所述坩埚、所述安瓿和/或所述坩埚支撑件中的一个或多个的相对移动实现的。
35.根据权利要求31所述的方法，其中一个固定的加热源被控制以相对于固定的所述坩埚移动所述结晶化温度梯度，以熔化该原材料并将其重组为单晶化合物，并且以预定晶体生长长度在该坩埚上执行晶体生长方法，其中所述温度梯度相对于固定的所述坩埚移动以继续熔化该原材料并将其重组为单晶化合物。
36.根据权利要求31所述的方法，还包括一个固定的加热源。
37.根据权利要求32所述的方法，其中所述预定晶体生长长度是在所述渐缩的晶体生长区域上方110mm到200mm。
38.根据权利要求21所述的方法，其中所述晶体生长炉生产不具有体系属缺陷的晶锭。
39.一种单个晶体锗产品，由下述方法生产：
将锗原材料装载入坩埚；
密封该坩埚；
将该坩埚放进具有坩埚支撑件的晶体生长炉中；
熔化该坩埚中的锗原材料以生成熔体；
控制该熔体的结晶化温度梯度，同时将该熔体放置为与籽晶相接触；
通过所述结晶化温度梯度和/或所述坩埚相对于彼此的运动，形成单晶锗锭；以及
冷却该单晶锗锭；
其中包括来自通过所述方法生产的具有大于0.025/cm2且小于0.51/cm2的微坑密度的单晶锗锭的锗的该产品被可重复地提供；
其中所述坩埚具有渐缩的晶体生长区域，该晶体生长区域具有25mm至50mm的长度。
40.根据权利要求39所述的产品，其中所提供的所述单晶锗锭具有大于0.025/cm2且小于0.26/cm2的微坑密度。
41.根据权利要求39所述的产品，其中所提供的所述单晶锗锭具有大于0.025/cm2且小于0.13/cm2的微坑密度。
42.根据权利要求39所述的产品，其中所提供的所述单晶锗锭具有小于0.13/cm2的微坑密度。
43.根据权利要求39所述的产品，其中所提供的所述单晶锗锭具有大于0.025/cm2且小于0.26/cm2的微坑密度。
44.根据权利要求39所述的产品，其中所述单晶锗锭是使用砷作为掺杂剂添加到所述单个晶体锗产品形成。
45.根据权利要求39所述的产品，其中所述单晶锗锭是使用镓作为掺杂剂添加到所述单个晶体锗产品形成。
46.根据权利要求39所述的产品，其中所述单晶锗锭是使用锑作为掺杂剂添加到所述单个晶体锗产品形成。
47.根据权利要求39所述的产品，其中通过垂直梯度冷凝法以从0.1至10℃/小时的冷却速率且以从0.5至10℃/cm的温度梯度来生长所述晶体。
48.根据权利要求39所述的产品，其中通过垂直Bridgman法以从0.1至10℃/小时的冷却速率且以从0.5至10℃/cm的温度梯度来生长所述晶体。
49.根据权利要求39所述的产品：
其中所述晶体生长炉包括被配置为产生可移动的温度梯度的结构；且
其中一个控制器被连接到所述晶体生长炉，所述控制器控制该可移动的温度梯度，以当该坩埚处于所述晶体生长炉内时在该坩埚上执行晶体生长方法。
50.根据权利要求49所述的产品，其中所述可移动的温度梯度是通过控制多个加热区域实现的。
51.根据权利要求49所述的产品，其中一个固定的加热源被控制以相对于固定的所述坩埚移动所述结晶化温度梯度，以熔化该原材料并将其重组为单晶化合物，并且以预定晶体生长长度在该坩埚上执行晶体生长方法，其中所述温度梯度相对于固定的所述坩埚移动以继续熔化该原材料并将其重组为单晶化合物。
52.根据权利要求49所述的产品，还包括一个固定的加热源。
53.根据权利要求51所述的产品，其中所述预定晶体生长长度是在所述渐缩的晶体生长区域上方150mm到200mm。
54.根据权利要求39所述的产品，其中所述晶体生长炉生产不具有体系属缺陷的晶锭。
55.根据权利要求39所述的产品，其中所述锭是通过垂直生长法生长的。
56.根据权利要求55所述的产品，其中所述垂直生长法是垂直梯度冷凝法和/或垂直Bridgman法其中之一或两者。
57.一种用于生长锗晶体的装置，包括：
一个晶体生长炉，包括一个加热源和多个加热区域；
一个安瓿，被配置为被装载到所述晶体生长炉内，其中所述安瓿包括一个装载容器和一个带有籽晶井的坩埚；
一个安瓿支撑件；和
一个控制器，其被连接到所述晶体生长炉和所述安瓿支撑件，所述控制器控制所述加热源的一个或多个加热区域以及可移动的所述安瓿支撑件，以当该坩埚在所述晶体生长炉内时在该坩埚上执行垂直梯度冷凝法；
其中结晶化温度梯度和/或所述坩埚相对于彼此移动，以熔化原材料且然后将该原材料重组为单晶锗锭；且
其中，作为在该装置中执行垂直生长法的结果，该装置可重复地提供具有大于0.025/cm2且小于0.51/cm2的微坑密度的锗锭；
其中所述坩埚具有渐缩的晶体生长区域，该晶体生长区域具有25mm至50mm的长度。
58.根据权利要求57所述的装置，其中所述装置包括至少一个加热源，该至少一个加热源被控制以相对于固定的所述坩埚移动所述结晶化温度梯度，以熔化所述原材料并且将其重组为单晶化合物，并且以预定晶体生长长度在该坩埚上执行晶体生长方法，其中所述结晶化温度梯度相对于固定的所述坩埚移动，以继续熔化该原材料并将其重组为单晶化合物。
59.根据权利要求57所述的装置，其中所述装置可重复地提供具有0.5至10℃每厘米锭生长的锭生长温度梯度的锗锭。
60.根据权利要求57所述的装置，还被配置为以0.1至10℃/小时的速率冷却所述锗锭。
61.根据权利要求57所述的装置，其中所述晶体生长炉具有5至7个加热区域。
62.根据权利要求57所述的装置，其中所述晶体生长炉具有6个加热区域。
63.根据权利要求57所述的装置，还包括一个装载容器，该装载容器具有一个锗原材料装载装料，该装料被熔化进入所述坩埚，以向该坩埚提供更大量的锗原材料。
64.根据权利要求57所述的装置，其中所述坩埚在所述结晶化温度梯度的移动期间被保持静止。
65.根据权利要求57所述的装置，其中所述锗锭具有介于50mm至150mm的直径。
66.根据权利要求65所述的装置，其中所述锗锭具有150mm的直径。
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