CN104213197B - 一种用于pvt法制备半导体单晶材料的原位掺杂方法 - Google Patents

一种用于pvt法制备半导体单晶材料的原位掺杂方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于PVT法制备半导体单晶材料的原位掺杂方法，步骤如下：1）采用两温区PVT晶体生长炉，将原料、掺杂物进行工艺处理后混合一起放入原料区、衬底放入衬底位置；2）调置PVT晶体生长炉一温区、二温区温度，其温度范围根据原材料物理性能特点决定；3）待生长工艺结束后取出生长管，即可得到掺杂元素的单晶。有益效果是利于掺杂元素的均匀分布，使单晶材料实现均一的电学性能；减少了晶体结构损失，从而有效改善晶体质量；简化了单晶材料制备工艺，有利于单晶材料的规模化生产。

Description

一种用于PVT法制备半导体单晶材料的原位掺杂方法
技术领域
本发明涉及一种PVT法制备半导体单晶材料的掺杂方法，特别涉及一种用于PVT法制备半导体单晶材料的原位掺杂方法。
背景技术
物理气相传输法（PVT法）制备半导体单晶材料的工艺过程是一个升华凝华过程，也是热量、质量和动力的输运过程，通过调节单晶炉温场分布、生长气压、载气流量等参数，降低内部缺陷和杂质元素，最终制备出高质量的半导体单晶材料。
一般情况下，本征的半导体材料电学性能无法满足器件使用要求，为了调节、控制半导体的电学性质，在半导体单晶材料的PVT法制备工艺完成以后，常常通过扩散或离子注入工艺，将特定元素掺入半导体材料体内，得到所需的电学性能的半导体单晶材料，其中采用扩散工艺制备的半导体材料，扩散浓度随深度变化明显，其电学均匀性不好，对工艺的控制精度要求较高，而离子注入工艺设备昂贵而复杂，注入过程中由于入射离子的碰撞易导致晶体结构的损伤，因此必须增加退火工艺进行晶体结构修复。
总之，传统的PVT法制备半导体单晶材料，把半导体单晶材料的生长工艺和掺杂工艺分别独立实现，增加了工艺复杂性，同时，掺杂工艺存在掺杂均匀性差、易引起晶体结构损伤等问题。
发明内容
鉴于传统的掺杂技术带来的诸多问题，本发明提出一种PVT法单晶生长原位掺杂方法，即在PVT法晶体生长过程中，同时加入特殊物质的气氛，特殊物质为需要掺杂的物质的单质元素或化合物，使掺杂元素伴随晶体生长的过程进入到晶体内部格点位置，保证了掺杂均匀性和晶体结构完整性，从而实现理想掺杂效果，具体技术方案是，一种用于PVT法制备半导体单晶材料的原位掺杂方法，采用两温区PVT晶体生长炉，步骤如下：1）、将原料、掺杂物进行工艺处理后混合一起放入两温区PVT晶体生长炉原料区、衬底放入炉内衬底位置；2）、调置PVT晶体生长炉一温区、二温区温度，其温度范围根据原材料物理性能特点决定；3）、待生长工艺结束后取出生长管，即可得到掺杂元素的单晶。
本发明的有益效果是利于掺杂元素的均匀分布，使单晶材料实现均一的电学性能；减少了晶体结构损失，从而有效改善晶体质量；简化了单晶材料制备工艺，有利于单晶材料的规模化生产。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是传统PVT法制备半导体单晶材料掺杂工艺的流程图。
图3是本发明生长温度梯度的温度曲线。
具体实施方式
如图1、2、3所示，两温区PVT晶体生长炉，炉中分为原料区1 、传输区2、生长区3、生长管4、衬底5、T（L）为原料区温度、T（0）为生长区温度。
实例1
PVT法制备掺铟元素的N型低阻硫化镉单晶。
硫化镉单晶生长采用两温区PVT晶体生长炉，从原料端到衬底端的温区分别为一温区、二温区，以石英单晶材料为衬底，以铟单质为掺杂源，铟单质以粉末态与硫化镉源粉混合放置于原料区1，晶体生长中的温区设置为1000℃、960℃，待生长工艺结束后取出生长管，即可得到掺铟元素的N型低阻硫化镉单晶。
实例2
PVT法制备掺氯元素的N型低阻硫化镉单晶。
硫化镉单晶生长采用两温区PVT晶体生长炉，从原料端到衬底端的温区分别为一温区、二温区，以石英单晶材料为衬底，以氯化镉为掺杂源，氯化镉以粉末态与硫化镉源粉混合放置于原料区1，晶体生长中的温区设置为1010℃、980℃，待生长工艺结束后取出生长管，即可得到掺氯元素的N型低阻硫化镉单晶。
实例3
PVT法制备掺铝元素的N型低阻硒化镉单晶。
硒化镉单晶生长采用两温区PVT晶体生长炉，从原料端到衬底端的温区分别为一温区、二温区，以石英单晶材料为衬底，以铝单质为掺杂源，铝单质以粉末态与硒化镉源粉混合放置于原料区1，晶体生长中的温区设置为950℃、900℃，待生长工艺结束后取出生长管，即可得到掺铝元素的N型低阻硒化镉单晶。

Claims (1)

1.一种用于PVT法制备半导体单晶材料的原位掺杂方法，采用两温区PVT晶体生长炉，步骤如下：
1）、将原料、掺杂物进行工艺处理后混合一起放入两温区PVT晶体生长炉原料区（1）、衬底放入炉内衬底（5）位置；
2）、调置PVT晶体生长炉一温区、二温区温度，其温度范围根据原材料物理性能特点决定，即在PVT法晶体生长过程中，同时加入特殊物质的气氛，特殊物质为需要掺杂的物质的单质元素或化合物，使掺杂元素伴随晶体生长的过程进入到晶体内部格点位置，保证了掺杂均匀性和晶体结构完整性，从而实现理想掺杂效果；
3）、待生长工艺结束后取出生长管（4），即可得到掺杂元素的单晶；
PVT法制备掺氯元素的N型低阻硫化镉单晶，硫化镉单晶生长采用两温区PVT晶体生长炉，从原料端到衬底端的温区分别为一温区、二温区，以石英单晶材料为衬底，以氯化镉为掺杂源，氯化镉以粉末态与硫化镉源粉混合放置于原料区（1），晶体生长中的温区设置为1010℃、980℃，待生长工艺结束后取出生长管，即可得到掺氯元素的N型低阻硫化镉单晶；
PVT法制备掺铝元素的N型低阻硒化镉单晶，硒化镉单晶生长采用两温区PVT晶体生长炉，从原料端到衬底端的温区分别为一温区、二温区，以石英单晶材料为衬底，以铝单质为掺杂源，铝单质以粉末态与硒化镉源粉混合放置于原料区（1），晶体生长中的温区设置为950℃、900℃，待生长工艺结束后取出生长管，即可得到掺铝元素的N型低阻硒化镉单晶。
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