CN102677175A - 一种砷化镓单晶的生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种砷化镓单晶的生长方法。即将砷化镓多晶原料放入预先放置籽晶的PNB坩埚内，然后将PNB坩埚置于生长炉内的下降台上，下降台上放置1～5根PNB坩埚，调整生长炉炉体温度处于1200～1300℃，使籽晶顶部熔化后将下降台下降的同时并旋转，晶体生长结束后将PNB坩埚移至生长炉内的恒温区对GaAs晶体实行原位退火，退火过程控制生长炉内的温度为950～1100℃、时间为8～12h，然后再以20～70℃/h的速率降至室温,即得到GaAs单晶。本发明的一种砷化镓单晶的生长方法，生长的晶体热应力小和均匀性好，且位错密度较低。
Description
技术领域
本发明涉及晶体生长领域，特别涉及砷化镓单晶的生长方法。
背景技术
砷化镓(GaAs)是化合物半导体中最重要、用途最广泛的半导体材料之一，也是目前研究得最成熟、生产量最大的化合物半导体材料。由于砷化镓具有电子迁移率高(是硅的5～6倍)、禁带宽度大(它为1.43eV，硅为1.1eV)且为直接带隙的特点，容易制成半绝缘材料、本征载流子浓度低、光电特性好，还具有耐热、抗辐射性强及对磁场敏感等优良特性。用砷化镓材料制作的器件频率响应好、速度快、工作温度高，能满足集成光电子的需要。它是目前最重要的光电子材料，也是继硅材料之后最重要的微电子材料，适于制造高频、高速器件和电路。
GaAs单晶生长工艺经过几代科学家半个世纪的努力，已开发出了许多生长GaAs单晶的方法。现在应用较多的工业化生长工艺主要有液封直拉法(LEC) 、水平布里支曼法HB)、垂直梯度凝固法/垂直布里支曼法(VGF/VB)和蒸气压控制直拉法(VCZ)。上述几种生长方法各有其优缺点。目前制约GaAs晶体大规模应用的一个重要原因是GaAs生产效率低，成本较高。因而人们提出了GaAs晶体的多坩埚制备方法，可以一炉同时制备多根晶体，极大地提高了生产效率，降低了成本，同时也显著降低了能耗。但是其缺点是所得GaAs晶体缺陷较多，如存在孪晶，热应力大，位错密度高等缺陷。
发明内容
本发明的目的为了解决上述的技术问题而提出一种GaAs单晶的生长方法，它能生长出位错密度低、热应力小和均匀性好的GaAs单晶。
本发明采用的技术方案
一种砷化镓（GaAs）单晶的生长方法，具体包括以下步骤：
（1）、将砷化镓多晶原料放入预先放置籽晶的PNB坩埚内，然后将PNB坩埚置于生长炉内的下降台上；
（2）、下降台上放置1～5根PNB坩埚，调整生长炉炉体温度处于1200～1300℃，使籽晶顶部熔化；
（3）、步骤（2）籽晶顶部熔化后将下降台下降的同时并旋转，优选旋转速度为0.1～1r/h，反应10～15h后，晶体生长结束；
（4）、步骤（3）晶体生长结束后，将PNB坩埚移至生长炉内的恒温区，对GaAs晶体实行原位退火，退火过程控制生长炉内的温度为950～1100℃、时间为8～12h，然后再以20～70℃/h的速率降至室温,即得到GaAs单晶。
本发明的有益效果
本发明的一种砷化镓（GaAs）单晶的生长方法，由于生长炉中放置的坩埚在下降的过程中，可以随下降台旋转，使坩埚受热均匀，因而生长的晶体热应力小和均匀性好，且位错密度较低。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
实施例1
一种砷化镓（GaAs）单晶的生长方法，具体包括以下步骤：
（1）、将砷化镓多晶原料放入预先放置籽晶的PNB坩埚内，然后将PNB坩埚置于生长炉内的下降台上；
（2）、下降台上放置1根PNB坩埚，调整生长炉炉体温度处于1200℃，使籽晶顶部熔化；
（3）、步骤（2）籽晶顶部熔化后将下降台下降的同时并旋转，旋转速度为0.1r/h，反应12h后，晶体生长结束；
（4）、步骤（3）晶体生长结束后，将PNB坩埚移至生长炉内的恒温区，对GaAs晶体实行原位退火，退火过程控制生长炉内的温度为950℃、时间为8h，然后再以70℃/h的速率降至室温,即得到GaAs单晶。
实施例2
一种砷化镓（GaAs）单晶的生长方法，具体包括以下步骤：
（1）、将砷化镓多晶原料放入预先放置籽晶的PNB坩埚内，然后将PNB坩埚置于生长炉内的下降台上；
（2）、下降台上放置3根PNB坩埚，调整生长炉炉体温度处于1250℃，使籽晶顶部熔化；
（3）、步骤（2）籽晶顶部熔化后将下降台下降的同时并旋转，旋转速度为0.5r/h，反应10h后，晶体生长结束；
（4）、步骤（3）晶体生长结束后，将PNB坩埚移至生长炉内的恒温区，对GaAs晶体实行原位退火，退火过程控制生长炉内的温度为1000℃、时间为10h，然后再以40℃/h的速率降至室温,即得到GaAs单晶。
实施例3
一种砷化镓（GaAs）单晶的生长方法，具体包括以下步骤：
（1）、将砷化镓多晶原料放入预先放置籽晶的PNB坩埚内，然后将PNB坩埚置于生长炉内的下降台上；
（2）、下降台上放置5根PNB坩埚，调整生长炉炉体温度处于1300℃，使籽晶顶部熔化；
（3）、步骤（2）籽晶顶部熔化后将下降台下降的同时并旋转，旋转速度为1r/h，反应15h后，晶体生长结束；
（4）、步骤（3）晶体生长结束后，将PNB坩埚移至生长炉内的恒温区，对GaAs晶体实行原位退火，退火过程控制生长炉内的温度为1100℃、时间为15h，然后再以20℃/h的速率降至室温,即得到GaAs单晶。
上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种砷化镓（GaAs）单晶的生长方法，其特征在于具体包括以下步骤：
（1）、将砷化镓多晶原料放入预先放置籽晶的PNB坩埚内，然后将PNB坩埚置于生长炉内的下降台上；
（2）、下降台上放置1～5根PNB坩埚，调整生长炉炉体温度处于1200～1300℃，使籽晶顶部熔化；
（3）、步骤（2）籽晶顶部熔化后将下降台下降的同时并旋转，反应10～15h后，晶体生长结束；
（4）、步骤（3）晶体生长结束后，将PNB坩埚移至生长炉内的恒温区，对GaAs晶体实行原位退火，退火过程控制生长炉内的温度为950～1100℃、时间为8～12h，然后再以20～70℃/h的速率降至室温,即得到GaAs单晶。
2.如权利要求1所述的一种砷化镓单晶的生长方法，其特征在于步骤（3）中所述的下降台下降的同时并旋转，其旋转速度为0.1～1r/h。
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