RU2482228C1 - Method for production of indium ammonide large-size monocrystals - Google Patents

Method for production of indium ammonide large-size monocrystals Download PDF

Info

Publication number
RU2482228C1
RU2482228C1 RU2012102705/05A RU2012102705A RU2482228C1 RU 2482228 C1 RU2482228 C1 RU 2482228C1 RU 2012102705/05 A RU2012102705/05 A RU 2012102705/05A RU 2012102705 A RU2012102705 A RU 2012102705A RU 2482228 C1 RU2482228 C1 RU 2482228C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
indium antimonide
synthesis
ingot
czochralski method
single crystals
Prior art date
Application number
RU2012102705/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вадим Сергеевич Ежлов
Алла Георгиевна Мильвидская
Елена Владимировна Молодцова
Галина Петровна Колчина
Михаил Валерьевич Меженный
Владимир Яковлевич Резник
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности" ОАО "ГИРЕДМЕТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности" ОАО "ГИРЕДМЕТ" filed Critical Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности" ОАО "ГИРЕДМЕТ"
Priority to RU2012102705/05A priority Critical patent/RU2482228C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2482228C1 publication Critical patent/RU2482228C1/en

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: for production of coarse-grain indium ammonide monocrystals oriented in the crystallographic direction [100] one performs synthesis and production of a polycrystal coarse-grain ingot by way of a combined process according to the Czochralski method with addition of an amount of stibium in excess of the stoichiometric 3.0-3.5 at %; then one performs monocrystal growth (equally according to the Czochralski method) using a seed crystal oriented in a crystallographic direction [100], the axial temperature gradients maintained as equal to 35-40 grad/cm.
EFFECT: invention enables improvement of crystals structure with simultaneous increase of their diameter up to 70,2 mm, increase of mountain plates yield during ingot cutting due to the growth direction, reduction of the process material intensity due to reduction of the share of non-stoichiometric material and reduction of energy and labour costs due to usage of a combined process of polycrystal ingot synthesis, cleaning and growing.
1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области получения полупроводниковых материалов, а именно к получению монокристаллов антимонида индия, которые широко используются в различных фотоприемных устройствах, работающих в ИК-области спектра.The invention relates to the field of obtaining semiconductor materials, namely to the production of indium antimonide single crystals, which are widely used in various photodetectors operating in the infrared region of the spectrum.

Общей тенденцией развития технологий изготовления приборов на основе антимонида индия является переход к матричному исполнению с непрерывно возрастающим количеством элементов (более 106). Вследствие этого возникает необходимость в увеличении диаметра используемых монокристаллов при сохранении жестких требований к совершенству структуры. Как правило, при создании матричных фотоприемников в качестве элементной базы используются пластины антимонида индия с рабочей ориентацией (100).A general trend in the development of technologies for manufacturing devices based on indium antimonide is the transition to a matrix version with a continuously increasing number of elements (more than 10 6 ). As a result, there is a need to increase the diameter of the single crystals used while maintaining stringent requirements for the perfection of the structure. As a rule, when creating matrix photodetectors, indium antimonide plates with a working orientation (100) are used as the element base.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является создание энерго- и ресурсосберегающей технологии получения малодислокационных крупногабаритных монокристаллов антимонида индия, выращиваемых в кристаллографическом направлении [100].The technical problem solved by this invention is the creation of energy and resource-saving technology for producing dislocation large-sized indium antimonide single crystals grown in the crystallographic direction [100].

Традиционно монокристаллы антимонида индия выращивались в кристаллографических направлениях [211] и [111], стабильность монокристаллического роста в которых достигается при осевых градиентах температуры на фронте кристаллизации ~10-15 град/см. Получение монокристаллов антимонида индия в кристаллографическом направлении [100] при использовании таких градиентов в течение длительного времени считалось практически невозможным вследствие чрезвычайно низкой энергии двойникования, характерной для монокристаллического роста в этом кристаллографическом направлении [см. М.Г.Мильвидский, В.Б.Освенский. Структурные дефекты в монокристаллах полупроводников. М., Металлургия, 1984, 255 с.].Traditionally, indium antimonide single crystals were grown in the crystallographic directions [211] and [111], the stability of single crystal growth in which is achieved with axial temperature gradients at the crystallization front of ~ 10-15 deg / cm. The production of indium antimonide single crystals in the crystallographic direction [100] using these gradients for a long time was considered practically impossible due to the extremely low twin energy characteristic of single crystal growth in this crystallographic direction [see M.G. Milvidsky, V. B. Oswensky. Structural defects in single crystals of semiconductors. M., Metallurgy, 1984, 255 pp.].

Известен способ получения объемных монокристаллов полупроводниковых соединений, в частности арсенида галлия, горизонтальной направленной кристаллизацией. Достоинством этого метода является возможность совмещения процесса очистки полупроводника с последующим выращиванием монокристалла. Применение этого метода в технологии разлагающихся полупроводниковых соединений позволяет совместить в одном технологическом цикле сразу три операции: синтез, очистку синтезированного материала и выращивание монокристалла. Кроме того, возможность регулирования состава кристаллизуемого расплава путем создания над ним требуемого давления легколетучего компонента позволяет получать монокристаллы стехиометрического состава или с любым требуемым отклонением от него [см. Нашельский А.Я. Технология спецматериалов электронной техники. М.: Металлургия, 1993. - 365 с.].A known method of producing bulk single crystals of semiconductor compounds, in particular gallium arsenide, horizontal directional crystallization. The advantage of this method is the possibility of combining the cleaning process of a semiconductor with the subsequent growth of a single crystal. The application of this method in the technology of decaying semiconductor compounds allows you to combine three operations at once in one technological cycle: synthesis, purification of the synthesized material and growing a single crystal. In addition, the ability to control the composition of the crystallized melt by creating above it the required pressure of the volatile component allows to obtain single crystals of stoichiometric composition or with any desired deviation from it [see Nashelsky A.Ya. Technology of special materials for electronic equipment. M .: Metallurgy, 1993. - 365 p.].

Недостатком данного способа является то, что для получения монокристаллов антимонида индия в кристаллографическом направлении [100] небольшие температурные градиенты (менее 10 град/см), характерные для горизонтальной направленной кристаллизации, являются явно недостаточными и не позволяют вырастить монокристалл без двойников.The disadvantage of this method is that to obtain indium antimonide single crystals in the crystallographic direction [100], small temperature gradients (less than 10 deg / cm), typical for horizontal directional crystallization, are clearly insufficient and do not allow to grow a single crystal without twins.

Кроме того, поскольку выращивание методом горизонтальной направленной кристаллизации осуществляется в лодочках, получаемые монокристаллы имеют полукруглое сечение, что весьма нежелательно при использовании материала в качестве подложки.In addition, since the growth by horizontal directional crystallization is carried out in boats, the resulting single crystals have a semicircular section, which is very undesirable when using the material as a substrate.

Известен способ получения монокристаллов антимонида индия вытягиванием из расплава, в котором в качестве исходных материалов используют высокочистый кристалл InSb и элемент соединения группы АIIIВV, являющийся примесью, электрически нейтральной для антимонида индия. Загрузку помещают в кварцевый тигель и устанавливают в печь, затравочный кристалл закрепляют в затравкодержателе и также помещают в печь. Печь вакуумируют и заполняют газовой смесью, состоящей из 90% азота и 10% водорода. Исходный антимонид индия нагревают до температуры плавления (525°С), затравочный кристалл подводят к расплаву, после чего температуру расплава поднимают до 550°С. При непрерывном вращении затравочного кристалла проводят затравление и начинают рост монокристалла, формируя конусную часть монокристалла, поддерживая угол разращивания ≤20 град. При достижении требуемого диаметра формируют цилиндрическую часть выращиваемого монокристалла [см. заявку Японии №8319197, МПК С30В 15/00, опубл. 03.12.1996 г.].A known method of producing single crystals of indium antimonide by extrusion from a melt, in which a high-purity InSb crystal and an element of the compound of group A III B V are used as starting materials, which is an impurity that is electrically neutral for indium antimonide. The load is placed in a quartz crucible and installed in the furnace, the seed crystal is fixed in the seed holder and also placed in the furnace. The furnace is evacuated and filled with a gas mixture consisting of 90% nitrogen and 10% hydrogen. The initial indium antimonide is heated to its melting point (525 ° C), the seed crystal is brought to the melt, after which the melt temperature is raised to 550 ° C. With the continuous rotation of the seed crystal, the seeds are etched and the single crystal begins to grow, forming the conical part of the single crystal, maintaining a growth angle of ≤20 deg. Upon reaching the required diameter, a cylindrical part of the grown single crystal is formed [see Japanese application No. 8319197, IPC С30В 15/00, publ. December 3, 1996].

Недостатком данного способа является высокая температура расплава, при которой производится выращивание монокристалла. Несмотря на то что упругость пара Sb над расплавом антимонида индия в точке плавления составляет ~(3-5)·10-2 мм рт.ст., поскольку процесс выращивания монокристалла осуществляется в течение длительного периода времени ~8-10 часов, испарение Sb из расплава весьма существенно, что приводит к нарушению стехиометрии расплава. Следствием этого неизбежно является сбой монокристаллического роста и снижение выхода монокристаллов.The disadvantage of this method is the high melt temperature at which a single crystal is grown. Despite the fact that the elasticity of Sb vapor over the indium antimonide melt at the melting point is ~ (3-5) · 10 -2 mm Hg, since the process of growing a single crystal is carried out over a long period of time ~ 8-10 hours, evaporation of Sb from the melt is very significant, which leads to a violation of the stoichiometry of the melt. The consequence of this is inevitably a failure of single crystal growth and a decrease in the yield of single crystals.

Кроме того, угол разращивания конуса получаемого монокристалла ~20 град свидетельствует о том, что выращивание осуществляется в кристаллографическом направлении [211] и [111], которые не являются конкурентоспособными направлению [100].In addition, the angle of expansion of the cone of the obtained single crystal of ~ 20 deg indicates that the growth is carried out in the crystallographic direction [211] and [111], which are not competitive in the direction [100].

Помимо этого, описанный способ получения предусматривает выращивание монокристалла из загрузки ~700 г, что недостаточно для выращивания крупногабаритных монокристаллов диаметром ~65 мм.In addition, the described production method involves the growth of a single crystal from a load of ~ 700 g, which is insufficient for growing large-sized single crystals with a diameter of ~ 65 mm.

Известен способ получения монокристаллов антимонида индия в трехстадийном процессе, в котором на первой стадии проводят синтез прямым сплавлением исходных компонентов In и Sb (чистотой 6N) в кварцевой ампуле, в атмосфере высокочистого водорода. После синтеза соединение иногда подвергают вакуумной термообработке с целью очистки от летучих акцепторов (Zn, Cd), трудно удаляемых зонной плавкой. На второй стадии очищенный от летучих примесей антимонид индия загружают в специально обработанные кварцевые лодочки и проводят зонную плавку в атмосфере очищенного водорода. После 20-40 проходов расплавленной зоны выход очищенного соединения составляет около 60% длины слитка. Возможно проведение синтеза и очистки в одном технологическом цикле с использованием специального оборудования. На третьей стадии зонно-очищенный антимонид индия с контролируемыми параметрами загружают в вакуумную установку для выращивания и осуществляют процесс выращивания монокристалла на затравку методом Чохральского. При этом выращивание монокристаллов проводят в кристаллографическом направлении [211], в котором наиболее просто реализуется устойчивый рост монокристаллов [см. книгу под редакцией чл.-корр. АН СССР Б.А.Сахарова «Металлургия и технология полупроводниковых материалов», Москва, Металлургия, 1972 г., стр.427-432]. Данный способ получения принят за прототип.A known method of producing single crystals of indium antimonide in a three-stage process, in which at the first stage the synthesis is carried out by direct fusion of the starting components In and Sb (purity 6N) in a quartz ampoule, in an atmosphere of high-purity hydrogen. After synthesis, the compound is sometimes subjected to vacuum heat treatment to remove volatile acceptors (Zn, Cd) that are difficult to remove by zone melting. In the second stage, indium antimonide purified from volatile impurities is loaded into specially treated quartz boats and zone melting is carried out in an atmosphere of purified hydrogen. After 20-40 passes of the molten zone, the yield of the purified compound is about 60% of the length of the ingot. It is possible to carry out synthesis and purification in one technological cycle using special equipment. In the third stage, zone-purified indium antimonide with controlled parameters is loaded into a vacuum growth apparatus and the process of growing a single crystal by seed using the Czochralski method is carried out. In this case, the growth of single crystals is carried out in the crystallographic direction [211], in which the stable growth of single crystals is most easily realized [see book edited by member of the correspondent. USSR Academy of Sciences B. A. Sakharov “Metallurgy and technology of semiconductor materials”, Moscow, Metallurgy, 1972, pp. 427-432]. This method of obtaining adopted as a prototype.

Недостатком этого способа является высокая материалоемкость, энергоемкость и трудоемкость процесса. Кроме того, как уже упоминалось, для создания фотоприемников используются подложки с рабочей ориентацией (100), которая находится по отношению к направлению выращивания монокристалла [211] под углом ~35 градусов, что приводит к большим потерям материала при резке слитка и последующей калибровке пластин.The disadvantage of this method is the high material consumption, energy intensity and the complexity of the process. In addition, as already mentioned, to create photodetectors, substrates with a working orientation of (100) are used, which is relative to the direction of growing a single crystal [211] at an angle of ~ 35 degrees, which leads to large losses of material during cutting of the ingot and subsequent calibration of the plates.

Техническим результатом изобретения является:The technical result of the invention is:

- получение монокристаллов в кристаллографическом направлении [100], что снижает потери материала при резке слитка и последующей калибровке пластин;- obtaining single crystals in the crystallographic direction [100], which reduces material loss during cutting of the ingot and subsequent calibration of the plates;

- снижение плотности дислокации в крупногабаритных монокристаллах антимонида индия, как фактора, определяющего параметры создаваемых на его основе фотоприемников;- a decrease in the dislocation density in large-sized single crystals of indium antimonide, as a factor determining the parameters of photodetectors created on its basis;

- снижение энерго-, материало- и трудозатрат.- reduction of energy, material and labor costs.

Технический результат достигается тем, что в способе получения монокристаллов антимонида индия, включающем синтез, получение поликристаллического антимонида индия и выращивание монокристалла методом Чохральского, согласно изобретению синтез и получение поликристаллического слитка проводят в совмещенном процессе по методу Чохральского с добавлением избытка сурьмы сверх стехиометрического 3,0-3,5 ат.%, после чего производят выращивание монокристалла также по методу Чохральского с использованием затравочного кристалла, ориентированного в кристаллографическом направлении [100], при поддержании осевых температурных градиентов на фронте кристаллизации равными 35-40 град/см.The technical result is achieved by the fact that in the method for producing indium antimonide single crystals, including synthesis, obtaining polycrystalline indium antimonide and growing a single crystal by the Czochralski method, according to the invention, the synthesis and preparation of a polycrystalline ingot is carried out in a combined process according to the Czochralski method with the addition of excess antimony over stoichiometric 3.0 3.5 at.%, After which the single crystal is also grown by the Czochralski method using a seed crystal, oriented in the crystallographic direction [100], while maintaining the axial temperature gradients at the crystallization front equal to 35-40 deg / cm.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что, вместо чрезвычайно трудоемкого и энергозатратного процесса синтеза и очистки полученного поликристаллического слитка методом зонной плавки с числом проходов зоны до 40, процесс синтеза и получение поликристаллического слитка проводят в едином технологическом цикле методом Чохральского. Заявленные условия проведения процесса синтеза антимонида индия и выращивания поликристаллического слитка обеспечивают получение исходного материала с требуемыми параметрами и минимальными потерями. Отклонение от условий проведения синтеза в сторону увеличения или уменьшения избытка элементарной сурьмы нарушает условия получения поликристаллического слитка стехиометрического состава и увеличивает потери исходных компонентов.The essence of the proposed method consists in the fact that, instead of an extremely laborious and energy-intensive process of synthesis and purification of the obtained polycrystalline ingot by the zone melting method with the number of passes of the zone up to 40, the synthesis process and the preparation of the polycrystalline ingot are carried out in a single technological cycle by the Czochralski method. The stated conditions for the process of synthesis of indium antimonide and growing a polycrystalline ingot provide the source material with the required parameters and minimal losses. Deviation from the synthesis conditions in the direction of increasing or decreasing the excess of elemental antimony violates the conditions for obtaining a polycrystalline ingot of stoichiometric composition and increases the loss of the starting components.

При проведении процесса выращивания непосредственно монокристалла методом Чохральского в кристаллографическом направлении [100] изменение заявленных режимов, а именно уменьшение или увеличение осевых градиентов температуры на фронте кристаллизации, нарушает условия проведения процесса и не позволяет вырастить крупногабаритный монокристалл с высоким совершенством структуры.During the process of growing a single crystal directly by the Czochralski method in the crystallographic direction [100], a change in the declared modes, namely a decrease or increase in axial temperature gradients at the crystallization front, violates the conditions of the process and does not allow to grow a large single crystal with high structural perfection.

Пример осуществления способаAn example of the method

Для получения крупноблочного поликристалла антимонида индия, используемого далее в качестве загрузки для получения нелегированных монокристаллов антимонида индия, исходные компоненты индий и сурьму (чистотой 6N) в стехиометрическом соотношении, предусматривая избыток сурьмы в интервале 3-3,5 ат.%, для предотвращения ее испарения в процессе синтеза, загружают в фильтрующий тигель, устанавливаемый в рабочий тигель печи выращивания кристаллов методом Чохральского. После вакуумирования печи до 1·10-3 мм рт.ст. далее в статическом вакууме расплавляют исходные компоненты в фильтрующем тигле при температуре ~750°С и выдерживают расплав в течение ~1 часа. Затем проводят фильтрацию расплава в рабочий тигель через отверстие в дне фильтрующего тигля. Снизив температуру расплава в рабочем тигле до температуры, близкой к температуре кристаллизации антимонида индия (525°С), проводят выращивание крупноблочного поликристалла на затравку любой ориентации с вращением тигля и затравки в противоположных направлениях.To obtain a large-block polycrystal of indium antimonide, which is then used as a boot to obtain undoped indium antimonide single crystals, the initial indium and antimony components (6N purity) in a stoichiometric ratio, providing an excess of antimony in the range of 3-3.5 at.%, To prevent its evaporation during the synthesis process, they are loaded into a filter crucible installed in the working crucible of a crystal growth furnace by the Czochralski method. After evacuation of the furnace to 1 · 10 -3 mm RT.article Then, in a static vacuum, the starting components are melted in a filter crucible at a temperature of ~ 750 ° C and the melt is held for ~ 1 hour. Then the melt is filtered into the working crucible through an opening in the bottom of the filter crucible. By lowering the temperature of the melt in the working crucible to a temperature close to the crystallization temperature of indium antimonide (525 ° C), a large-block polycrystal is grown on a seed of any orientation with rotation of the crucible and the seed in opposite directions.

При проведении процесса синтеза антимонида индия из исходных компонентов с добавлением избытка Sb в количестве менее 3 ат.% доля нестехиометрии в полученном поликристалле составляла более 35% от общего веса слитка. Увеличение избытка Sb сверх 3,5 ат.% существенно затрудняло рост кристалла из-за увеличения переохлаждения на фронте кристаллизации и также приводило к значительной доле нестехиометрического материала (~40%) от общего веса слитка.During the synthesis of indium antimonide from the starting components with the addition of an excess of Sb in an amount of less than 3 at.%, The fraction of non-stoichiometry in the obtained polycrystal was more than 35% of the total weight of the ingot. An increase in the excess of Sb in excess of 3.5 at.% Significantly impeded crystal growth due to an increase in supercooling at the crystallization front and also led to a significant fraction of non-stoichiometric material (~ 40%) of the total weight of the ingot.

При соблюдении избытка элементарной Sb сверх стехиометрического количества в интервале 3-3,5 ат.% доля нестехиометрического материала была минимальной и составляла не более 10% от общего веса слитка.Subject to an excess of elemental Sb in excess of stoichiometric amount in the range of 3-3.5 at.%, The share of non-stoichiometric material was minimal and amounted to no more than 10% of the total weight of the ingot.

После контроля электрофизических параметров в начальной и конечной части слитка нижняя небольшая его часть, как правило, удаляется. При соответствии электрофизических параметров выращенного поликристалла требованиям, предъявляемым к исходному материалу для получения монокристалла, слиток подвергают соответствующей химической обработке и загружают повторно в установку для последующего получения крупногабаритного монокристалла антимонида индия методом Чохральского в кристаллографическом направлении [100].After controlling the electrophysical parameters in the initial and final parts of the ingot, its lower small part is usually removed. If the electrophysical parameters of the grown polycrystal meet the requirements for the starting material for producing a single crystal, the ingot is subjected to appropriate chemical treatment and re-loaded into the apparatus for the subsequent production of a large-sized indium antimonide single crystal by the Czochralski method in the crystallographic direction [100].

Как и при получении поликристаллического антимонида индия, для получения монокристалла обработанный поликристаллический слиток загружают в фильтрующий тигель, который устанавливают в рабочий тигель, и помещают в установку для выращивания по методу Чохральского. Выращивание монокристалла также осуществляют в статическом вакууме ~1·10-3 мм рт.ст. Поскольку упругость пара Sb над расплавом InSb при температуре плавления составляет ~(3-5)·10-2 мм рт.ст., для поддержания стехиометрического состава расплава в фильтрующий тигель добавляются ~1% масс. элементарной Sb. Поликристаллический слиток расплавляют при температуре ~650°С и выдерживают расплав при этой температуре в течение ~35 мин. Затем проводят фильтрацию расплава в рабочий тигель через отверстие в дне фильтрующего тигля, при этом происходит дополнительная очистка расплава от случайных механических загрязнений и окисных образований, остающихся на стенках фильтрующего тигля. Далее снижают температуру расплава до температуры, близкой к температуре кристаллизации антимонида индия (525°С), после чего к нему подводят затравку, ориентированную в кристаллографическом направлении [100], и начинают вытягивание кристалла со скоростью 2-2,5 см/час при вращении тигля со скоростью 10-12 об/мин и затравки со скоростью 20-25 об/мин и поддержании осевого градиента температуры на фронте кристаллизации 35-40 град/см.As in the preparation of polycrystalline indium antimonide, to obtain a single crystal, the processed polycrystalline ingot is loaded into a filter crucible, which is installed in a working crucible, and placed in a plant for growing according to the Czochralski method. The single crystal is also grown in static vacuum ~ 1 · 10 -3 mm Hg. Since the vapor pressure of Sb over the InSb melt at a melting temperature is ~ (3-5) · 10 -2 mm Hg, ~ 1% of the mass is added to the filter crucible to maintain the stoichiometric composition of the melt. elemental Sb. The polycrystalline ingot is melted at a temperature of ~ 650 ° C and the melt is held at this temperature for ~ 35 min. Then the melt is filtered into the working crucible through an opening in the bottom of the filter crucible, and the melt is further cleaned from accidental mechanical impurities and oxide formations remaining on the walls of the filter crucible. Next, the melt temperature is reduced to a temperature close to the crystallization temperature of indium antimonide (525 ° C), after which a seed oriented in the crystallographic direction is applied to it [100], and the crystal is pulled out at a speed of 2-2.5 cm / hour during rotation crucible with a speed of 10-12 rpm and seed with a speed of 20-25 rpm and maintaining the axial temperature gradient at the crystallization front of 35-40 deg / cm.

Увеличение осевых температурных градиентов свыше 40 град/см приводит к сбою монокристаллического роста вследствие сильного переохлаждения на фронте кристаллизации. Выращивание монокристалла в кристаллографическом направлении [100] при температурных градиентах на фронте кристаллизации менее 35 град/см также не позволяет получить совершенный монокристалл без двойников и других дефектов структуры типа ламелей, полос скольжения и т.д.An increase in axial temperature gradients over 40 deg / cm leads to a failure of single-crystal growth due to strong supercooling at the crystallization front. Growing a single crystal in the crystallographic direction [100] at temperature gradients at the crystallization front of less than 35 deg / cm also does not allow to obtain a perfect single crystal without twins and other structural defects such as lamellas, slip bands, etc.

По предлагаемому способу при заявляемых условиях проведения процесса выращивания, а именно: избыток Sb в интервале 3-3,5 ат.% и осевых градиентов температуры на фронте кристаллизации 35-40 град/см, было выращено 6 нелегированных монокристаллов антимонида индия диаметром 62-70,2 мм с кристаллографической ориентацией (100).According to the proposed method, under the claimed conditions for the growing process, namely: an excess of Sb in the range of 3-3.5 at.% And axial temperature gradients at the crystallization front of 35-40 deg / cm, 6 undoped indium antimonide single crystals with a diameter of 62-70 were grown , 2 mm with crystallographic orientation (100).

На пластинах с ориентацией (100), вырезанных из начальной и конечной части слитков, перпендикулярно оси роста, осуществляли контроль электрофизических параметров полученных монокристаллов: концентрации и подвижности основных носителей заряда. Выявление дислокационной и дефектной структуры полученных монокристаллов антимонида индия проводили на этих же пластинах с помощью избирательного травления в травителе состава HCl:H2O2=2:1 в течение 1 мин [см. Бублик В.Т., Смирнов В.М., Мильвидская А.Г. Кристаллография, 37, 1992, №2]. Структурные особенности полученных монокристаллов исследовали методом оптической микроскопии. В качестве образцов для сравнения использовали монокристаллы антимонида индия диаметром до 40 мм, выращенные по стандартной технологии в кристаллографическом направлении [211].On plates with a (100) orientation, cut from the initial and final part of the ingots, perpendicular to the growth axis, the electrophysical parameters of the obtained single crystals were monitored: the concentration and mobility of the main charge carriers. The dislocation and defect structure of the obtained indium antimonide single crystals was detected on the same plates using selective etching in an etchant with the composition HCl: H 2 O 2 = 2: 1 for 1 min [see Bagel V.T., Smirnov V.M., Milvidskaya A.G. Crystallography, 37, 1992, No. 2]. The structural features of the obtained single crystals were investigated by optical microscopy. As samples for comparison, we used indium antimonide single crystals with a diameter of up to 40 mm grown by standard technology in the crystallographic direction [211].

В таблице 1 представлены электрофизические параметры и значения величины плотности дислокаций полученных по описанному выше способу монокристаллов антимонида индия.Table 1 presents the electrophysical parameters and the values of the density of dislocations obtained by the above method of single crystals of indium antimonide.

Таблица 1Table 1 Электрофизические параметры и величина плотности дислокаций в полученных монокристаллах антимонида индияElectrophysical parameters and dislocation density in the obtained indium antimonide single crystals № м/кNo. m / a Кристаллографическая ориентацияCrystallographic orientation ДиаметрDiameter Концентрация основных носителей заряда, n, см-3, 77КThe concentration of the main charge carriers, n, cm -3 , 77K Подвижность основных носителей заряда, µ, см2/В·c, 77КThe mobility of the main charge carriers, µ, cm 2 / V · s, 77K Плотность дислокаций, см-2 The density of dislocations, cm -2 1one 22 33 4four 55 66 551551 верхtop (100)(one hundred) 60,360.3 8,5·1013 8.510 13 5,6·105 5.610 5 1,0·102 1,0 · 10 2 низbottom 63,563.5 5,0·1014 5.010 14 4,0·105 4.0 · 10 5 1,2·102 1.2 · 10 2 554554 верхtop (100)(one hundred) 63,863.8 8,8·1013 8.810 13 5.8·105 5.8 · 10 5 1,0·102 1,0 · 10 2 низbottom 67,267.2 5,3·1014 5.310 14 4,2·105 4.2 · 10 5 1,1·102 1,110 2 557557 верхtop (100)(one hundred) 65,265,2 1,5·1014 1.5 · 10 14 5,0·105 5.0 · 10 5 1,1·102 1,110 2 низbottom 68,568.5 1,0·1015 1,0 · 10 15 3,2·104 3.2 · 10 4 1,2·102 1.2 · 10 2 567567 верхtop (100)(one hundred) 62,062.0 1,6·1014 1.610 14 5,2·105 5.210 5 1,0·102 1,0 · 10 2 низbottom 65,865.8 9,6·1014 9.610 14 3,5·105 3,510 5 1,2·102 1.2 · 10 2 569569 верхtop (100)(one hundred) 68,568.5 1,5·1014 1.5 · 10 14 5,8·105 5.8 · 10 5 1,0·102 1,0 · 10 2 низbottom 70,270,2 1,2·1015 1.2 · 10 15 3,0·105 3.0 · 10 5 2,0·102 2.0 · 10 2 570570 верхtop (100)(one hundred) 65,265,2 3,0·1014 3.0 · 10 14 4,8·105 4.810 5 1,0·102 1,0 · 10 2 низbottom 68,068.0 9,0·1014 9.0 · 10 14 4,0·105 4.0 · 10 5 1,5·102 1.5 · 10 2

Полученные результаты свидетельствуют о том, что значения электрофизических параметров крупногабаритных нелегированных монокристаллов антимонида индия, выращенных в кристаллографическом направлении [100], находятся на уровне значений этих параметров (n=8·1013-2·1015 см-3, µ=6,0·105-3,0·105 см2/В·с, 77К) в монокристаллах антимонида индия, полученных по стандартной технологии в кристаллографическом направлении [211] диаметром до 40 мм. Как свидетельствуют результаты, приведенные в таблице 1, по своему структурному совершенству крупногабаритные монокристаллы антимонида индия диаметром до 70,2 мм, выращенные в кристаллографическом направлении [100], значительно превосходят монокристаллы антимонида индия, получаемые в кристаллографическом направлении [211], диаметр которых не превышает 40 мм, а плотность дислокаций в них составляет не менее 5·102 см-2. Следует также отметить, что распределение плотности дислокаций по диаметру пластин с ориентацией (100) гораздо более равномерно, чем на пластинах с ориентацией (211), в которых это распределение носит W-образный характер. Последнее обстоятельство чрезвычайно важно для материалов, используемых в качестве подложки, так как в большой степени определяет совершенство наращиваемых эпитаксиальных слоев.The results obtained indicate that the electrophysical parameters of large-sized undoped indium antimonide single crystals grown in the crystallographic direction [100] are at the level of these parameters (n = 8 · 10 13 -2 · 10 15 cm -3 , µ = 6, 0 · 10 5 -3.0 · 10 5 cm 2 / V · s, 77K) in indium antimonide single crystals obtained by standard technology in the crystallographic direction [211] with a diameter of up to 40 mm. As the results shown in Table 1 show, in their structural perfection, large-sized indium antimonide single crystals with a diameter of up to 70.2 mm grown in the crystallographic direction [100] significantly exceed indium antimonide single crystals obtained in the crystallographic direction [211], the diameter of which does not exceed 40 mm, and the density of dislocations in them is at least 5 · 10 2 cm -2 . It should also be noted that the distribution of dislocation density over the diameter of plates with (100) orientation is much more uniform than on plates with orientation (211), in which this distribution is W-shaped. The latter circumstance is extremely important for materials used as a substrate, since it to a large extent determines the perfection of stacked epitaxial layers.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет:Thus, the claimed invention allows:

1. Ha стадии синтеза поликристаллического антимонида индия при соблюдении заявляемых условий проведения процесса существенным образом уменьшить материалоемкость процесса за счет снижения доли нестехиометрического материала. Использование совмещенного процесса синтеза, очистки и выращивания поликристаллического слитка вместо применяемых ранее синтеза в ампуле и зонной очистки с числом проходов зоны до 40 значительно снижает энерго- и трудозатраты, характеризующие данный процесс.1. At the stage of synthesis of polycrystalline indium antimonide, subject to the claimed process conditions, significantly reduce the material consumption of the process by reducing the proportion of non-stoichiometric material. Using the combined process of synthesis, purification and growing of a polycrystalline ingot instead of previously used synthesis in an ampoule and zone purification with the number of passes of the zone up to 40 significantly reduces the energy and labor costs characterizing this process.

2. Улучшить структуру получаемых монокристаллов с одновременным увеличением их диаметра до 70,2 мм, а именно снизить среднее значение величины плотности дислокаций и улучшить однородность их распределения по кристаллу как фактора, определяющего параметры создаваемых на его основе фотоприемников;2. To improve the structure of the obtained single crystals with a simultaneous increase in their diameter to 70.2 mm, namely, to reduce the average value of the dislocation density and improve the uniformity of their distribution over the crystal as a factor determining the parameters of photodetectors created on its basis;

3. Увеличить выход годных пластин при резке слитков за счет того, что направление выращивания монокристалла [100] совпадает с рабочей ориентацией пластин (100).3. To increase the yield of wafers when cutting ingots due to the fact that the direction of growing a single crystal [100] coincides with the working orientation of the wafers (100).

Claims (1)

Способ получения монокристаллов антимонида индия, включающий синтез, получение поликристаллического антимонида индия и выращивание монокристалла методом Чохральского, отличающийся тем, что синтез и получение поликристаллического крупноблочного слитка проводят в совмещенном процессе по методу Чохральского с добавлением избытка сурьмы сверх стехиометрического 3,0-3,5 ат.%, после чего производят выращивание монокристалла также по методу Чохральского с использованием затравочного кристалла, ориентированного в кристаллографическом направлении [100], при поддержании осевых температурных градиентов на фронте кристаллизации, равными 35-40 град/см. A method for producing indium antimonide single crystals, including synthesis, preparation of polycrystalline indium antimonide and growing a single crystal by the Czochralski method, characterized in that the synthesis and preparation of a polycrystalline large block ingot is carried out in a combined process according to the Czochralski method with the addition of excess antimony over stoichiometric 3.0-3.5 %, after which the single crystal is also grown by the Czochralski method using a seed crystal oriented in crystallographic direction ION [100], while maintaining the axial temperature gradient at the crystallization front, equal to 35-40 deg / cm.
RU2012102705/05A 2012-01-27 2012-01-27 Method for production of indium ammonide large-size monocrystals RU2482228C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012102705/05A RU2482228C1 (en) 2012-01-27 2012-01-27 Method for production of indium ammonide large-size monocrystals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012102705/05A RU2482228C1 (en) 2012-01-27 2012-01-27 Method for production of indium ammonide large-size monocrystals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2482228C1 true RU2482228C1 (en) 2013-05-20

Family

ID=48789876

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012102705/05A RU2482228C1 (en) 2012-01-27 2012-01-27 Method for production of indium ammonide large-size monocrystals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2482228C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5212151B1 (en) * 1970-02-27 1977-04-05
JPS6168399A (en) * 1984-09-11 1986-04-08 Toshiba Corp Production of compound semiconductor single crystal
JPH08319197A (en) * 1995-05-24 1996-12-03 Toshiba Corp Production of indium antimony single crystal

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5212151B1 (en) * 1970-02-27 1977-04-05
JPS6168399A (en) * 1984-09-11 1986-04-08 Toshiba Corp Production of compound semiconductor single crystal
JPH08319197A (en) * 1995-05-24 1996-12-03 Toshiba Corp Production of indium antimony single crystal

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Металлургия и технология полупроводниковых материалов. / Под ред. Б.А.Сахарова. - М.: Металлургия, 1972, с.427-432. *
СТАСЕВИЧ В.Н. Технология монокристаллов. - М.: Радио и связь, 1990, с.68. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101070412B1 (en) Method of manufacturing silicon carbide single crystal
KR101243585B1 (en) Crucible, apparatus, and method for producing silicon carbide single crystals
KR101451995B1 (en) Process for producing ZnO single crystal according to method of liquid phase growth
EP2801645B1 (en) Method for growing beta-ga2o3 based single crystal
TWI651442B (en) GaO single crystal substrate and method of producing the same
US7211142B2 (en) CdTe single crystal and CdTe polycrystal, and method for preparation thereof
KR100845946B1 (en) Method for forming sic single crystal
JP2013082587A (en) METHOD FOR GROWING β-Ga2O3-BASED SINGLE CRYSTAL
TW201923169A (en) Method for producing silicon carbide single crystal
JP2007106669A (en) METHOD FOR MANUFACTURING SEMI-INSULATING GaAs SINGLE CRYSTAL
JP4120016B2 (en) Method for producing semi-insulating GaAs single crystal
RU2482228C1 (en) Method for production of indium ammonide large-size monocrystals
JP3509556B2 (en) Single crystal manufacturing method and manufacturing apparatus
JP2010059052A (en) METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING SEMI-INSULATING GaAs SINGLE CRYSTAL
RU2534106C1 (en) Method of obtaining big-volume monocrystals of gallium antimonide with low dislocation density
RU2528995C1 (en) Method of producing large-size gallium antimonide monocrystals
JP5172881B2 (en) Compound semiconductor single crystal manufacturing apparatus and manufacturing method thereof
JPH11268998A (en) Gallium arsenic single crystal ingot, its production, and gallium arsenic single crystal wafer using the same
JP2001192289A (en) Method of producing compound semiconductor single crystal
JP5777756B2 (en) β-Ga2O3-based single crystal substrate
JP4778150B2 (en) Manufacturing method of ZnTe-based compound semiconductor single crystal and ZnTe-based compound semiconductor single crystal
JP5510359B2 (en) Method for producing carbon-doped silicon single crystal
KR101193653B1 (en) Method for Manufacturing Single Crystal
Isshiki et al. 9 Bulk Crystal Growth of Wide-Bandgap ll-Vl Materials
CN111647946A (en) Method for preparing high-quality crystal by rotating magnetic field

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20140812