資源描述：
《砷化鎵單晶的制備及應用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、砷化鎵單晶的制備及應用李衛(wèi)學號24101901672序號38摘要??隨著全球科技的快速發(fā)展，當今世界已經進入了信息時代。作為信息領域的命脈，光電子技術和微電子技術無疑成為了科技發(fā)展的焦點。砷化鎵作為第二代III-V族化合物半導體材料，現(xiàn)在雖然還沒有硅材料應用的普及，但它憑借著工作速度和頻率上的優(yōu)勢也在迅速地擴大著它的使用領域。為了能讓大家更好地了解砷化鎵這個具有無限潛力和廣闊前景的半導體單晶，我決定對砷化鎵的制備工藝過程及其應用做一些介紹。??一、?砷化鎵的制備過程?隨著對砷化鎵使用的愈加廣泛，
2、人類對砷化鎵的制備工藝也在進行著不斷地研究和完善，到目前為止已經有多種砷化鎵的制備工藝技術，其中最主要的要屬水平布里奇曼法和液態(tài)密封法。下面我將對液態(tài)密封法制備砷化鎵工藝全過程做一些介紹。?液態(tài)密封法也稱LEP法或LEC法，它是目前拉制大直徑III-V族化合物晶體的最重要的方法。它的大概過程是再高壓爐內，將欲拉制的化合物材料盛于石英坩堝中，上面覆蓋一層透明而黏滯的惰性熔體，將整個化合物熔體密封起來，然后再在惰性熔體上充以一定壓力的惰性氣體，用此法來抑制化合物材料的離解。LEC法制備砷化鎵單晶的工
3、藝流程如下:?1.裝料：一石英杯裝Ga，一石英安瓶裝As，石英坩堝中裝B2O3。?2.抽真空下，B2O3加熱脫水（900-1000度），Ga杯，As瓶烘烤除去氧化膜。?3.降溫至600-700度，將Ga倒入坩堝內沉沒在B2O3下，充Ar氣。?3．降溫至600-700度，將Ga倒入坩堝內沉沒在B2O3下，充Ar氣。4.As安瓶下端的毛細管尖插入Ga夜中，升溫至合成溫度，As受熱氣化溶入Ga內生長GaAs。?5.拔出安瓶管，并按Si直拉法拉晶程序，引晶-縮頸-放肩-等徑生長-收尾拉光等步驟拉制GaA
4、s單晶。?下面對整個制備工藝過程的幾個方面加以詳細介紹：?（一）、密封化合物熔體的惰性熔體應具備以下條件：1.密度比化合物材料小，熔化后能浮在化合物熔體上面。2.透明，便于觀察晶體生長的情況。3.不與化合物級及石英坩堝反應，而且在化合物及其組分中溶解度小。4.易提純，蒸汽壓低，易熔化，易去掉。?（二）、直拉法拉制單晶?直拉法簡稱CZ法，它是生長半導體單晶的主要方法。該法是在直拉單晶爐內，向盛有熔融的半導體材料坩堝中，引入籽晶作為非均勻晶核，然后控制熱場，將籽晶旋轉并緩慢向上提拉，單晶便在籽晶下按
5、籽晶的方向長大。其具體工藝流程為當熔體溫度穩(wěn)定在稍高于熔點，將籽晶放在上面烘烤幾分鐘后將籽晶與熔體熔接，這一步叫做潤景或下種；為了消除位錯要將籽晶拉細一段叫縮頸；之后要把晶體放粗到要求的直徑叫放肩；有了正常粗細后就保持此直徑生長，最后將熔體全部拉光。在晶體生長過程中，為了保持單晶等徑生長，控制的參數(shù)主要是拉制和加熱功率。提高拉速，加熱功率則晶體變細；反之降低拉速和加熱功率則使晶體加粗。?（三）、制備過程中的熱傳遞?在制備砷化鎵單晶的熔體中同時存在兩種類型的液流，一種是在重力場中由于溫差照成的自然
6、對流，另一種是由于晶體和坩堝旋轉造成的強迫對流。它們對熔體中熱分布，固-夜界面形狀，雜質分布的均與性等都有很大的影響。?自然對流是在重力場中，以流體密度的差異產生的浮力為驅動力，浮力克服了黏滯力而形成的對流。自然對流受容器的形狀，重力場方向以及熱源的位置等因素的影響。自然對流會產生湍流和溫度振蕩，這種振蕩直接影響雜質在生長界面上的微分凝，在晶體中產生細微的雜質條紋，影響雜質分布的均勻性。為了消除自然對流溫度振蕩的不良影響，我們可以采用以下方法：1.減小縱向溫度梯度。2.正確選擇容器的縱橫比，可以
7、在熔體中加入一鋼板，以減小h/d比。3.用強迫對流和加磁場來控制自然對流。4.在失重狀態(tài)下生長單晶。?強迫對流是人為地為了加快熱量和溶質的輸運，改善均勻性，常常對熔體進行攪拌，在直拉單晶中是通過晶體和坩堝旋轉來完成的。其中晶體旋轉引起的強迫對流，晶體旋轉產生離心力。迫使液流離開中心向外流，坩堝底部流體沿晶體旋轉中心形成中心留旋轉而上。坩堝旋轉引起的強迫對流，液流與熱對流相似，只是液流呈螺旋狀，并有被停滯層分開的內外分層現(xiàn)象。?（四）、砷化鎵單晶的缺陷控制?在制備砷化鎵晶體時，很難得到化學比為1:
8、1的化合物，單晶中往往會產生某些缺陷而影響器件的功能，因此在制備過程中我們需要對單晶的缺陷進行控制。砷化鎵晶體中的位錯對器件有明顯的影響。它能引起器件電擊穿，使發(fā)光器件發(fā)光不均勻，壽命短。但它也能與點缺陷作用，減少缺陷-雜質絡合物的形成。砷化鎵晶體中引入位錯的原因可分為應力引入位錯和生長時引入位錯。為了控制這些位錯，目前我們可以通過選擇合適的籽晶，防止粘舟，調整單晶爐熱場，穩(wěn)定生長條件，以及采取縮頸等措施，這樣可以生長出無位錯或低位錯的砷化鎵單晶。砷化鎵中的微沉淀對器件的性能有很大的影響，往往會
