一種GaSb單晶生長位錯密度控制技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種GaSb單晶生長位錯密度控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]液封直拉法(LiquidEncapsulated Czochralski Crystal Growth, LEC 晶體生長法)是在傳統(tǒng)提拉法技術(shù)基礎(chǔ)上增加覆蓋劑的一種改進(jìn)的技術(shù)，是一種工業(yè)化的半導(dǎo)體單晶生長技術(shù)。在LEC法晶體生長過程中，將晶體生長的原料放在坩禍中加熱熔化，獲得一定的過熱度。將固定于拉晶桿上的籽晶從熔體表面浸入熔體中，發(fā)生部分熔化后，緩慢向上提拉籽晶桿，并通過籽晶桿散熱。與籽晶接觸的熔體首先獲得一定的過冷度，而發(fā)生結(jié)晶。不斷提拉籽晶桿，使結(jié)晶過程連續(xù)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的晶體生長。在LEC法生長GaSb單晶的技術(shù)中，爐膛及鹵鹽覆蓋劑中常常存在殘余氧氣及水蒸氣，而由于GaSb材料中的Ga、Sb元素具有較強(qiáng)的金屬性，易于在高溫條件下和氧氣、水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成高熔點(diǎn)的Ga、Sb氧化物浮渣，大量的理論及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氧化物浮渣固體顆粒的存在，容易被生長界面俘獲，形成夾雜，氧化物夾雜的存在極大地破壞了晶體結(jié)構(gòu)的均勻性，由于膨脹系數(shù)的差異，其所產(chǎn)生結(jié)構(gòu)應(yīng)力將在周圍的基體中產(chǎn)生大量位錯，并使其不斷增殖，作為襯底材料，這將嚴(yán)重影響外延層的性能，因此，通過一定技術(shù)，避免氧化物夾雜的存在，是生長低缺陷密度GaSb單晶的有效途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于LEC法GaSb單晶生長技術(shù)中，氧化物浮渣及其夾雜結(jié)果對低位錯GaSb單晶生長的不利影響，本發(fā)明提供一種新型浮渣過濾結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的單晶生長工藝，抑制熔體表面浮渣的產(chǎn)生，具體技術(shù)方案是，一種GaSb單晶生長位錯密度控制技術(shù)，包括帶浮渣過濾結(jié)構(gòu)的LEC單晶生長裝置及除渣工藝，其特征在于:帶浮渣過濾結(jié)構(gòu)的LEC單晶生長裝置，包括加熱器、坩禍托、外坩禍，還包括石英壓塊、浮渣過濾坩禍，浮渣過濾坩禍與外坩禍形狀相同、底部開數(shù)個直徑0.4-0.6mm的浮渣過濾孔，將浮渣過濾坩禍放置于外坩禍內(nèi)部，使浮渣過濾坩禍、外坩禍共軸分布、壁間距l(xiāng)_3cm，在浮渣過濾坩禍頂部放置石英壓塊，使石英壓塊的卡槽與浮渣過濾坩禍固定并卡緊在外坩禍的內(nèi)壁內(nèi)；除渣工藝包括，
第一步、將浮渣過濾坩禍放置于外坩禍內(nèi)部，使浮渣過濾坩禍、外坩禍共軸分布；第二步、稱量GaSb多晶塊料并粉碎，稱量鹵鹽覆蓋劑，將上述原料放置于在兩層石英坩禍之間，使石英壓塊的卡槽與浮渣過濾坩禍固定并卡緊在外坩禍的內(nèi)壁內(nèi)；
第三步、使用Ar氣對LEC爐膛進(jìn)行數(shù)次充放氣，去除爐膛內(nèi)大部分的氧氣、水蒸氣含量;
第四步、升溫至約500攝氏度熔化鹵鹽覆蓋劑，恒溫并持續(xù)抽真空進(jìn)行鹵鹽熔體脫水，直至熔體表面無氣泡產(chǎn)生，保持抽真空狀態(tài)去除水蒸氣；
第五步，繼續(xù)升溫至約700攝氏度，恒溫約24小時，使?fàn)t膛內(nèi)殘余氧氣及水蒸氣與塊狀GaSb料在高溫下進(jìn)行反應(yīng)； 第六步，繼續(xù)升溫熔化GaSb塊料，純凈的GaSb熔體經(jīng)浮渣過濾孔進(jìn)入浮渣過濾坩禍，而氧化物浮渣隔離于浮渣過濾坩禍、外坩禍之間，實(shí)現(xiàn)了浮渣過濾功能。
[0004]本發(fā)明的有益效果是防止浮渣在GaSb晶體內(nèi)部產(chǎn)生夾雜，引起位錯密度增值，結(jié)構(gòu)簡單，在預(yù)先優(yōu)化熱場分布的前提下，適于生長低位錯單晶并能提高成晶率。
【附圖說明】
[0005]圖1是本發(fā)明的帶浮渣過濾結(jié)構(gòu)的LEC單晶生長裝置正視剖面圖。
[0006]圖2是本發(fā)明的帶浮渣過濾結(jié)構(gòu)的LEC單晶生長裝置俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0007]如圖1所示，帶浮渣過濾結(jié)構(gòu)的LEC單晶生長裝置，包括加熱器1、坩禍托2、外坩禍3，還包括石英壓塊4、浮渣過濾坩禍6，浮渣過濾坩禍6用石英材料制成與外坩禍3形狀相同、底部開10個直徑0.5mm的浮渣過濾孔8，將浮渣過濾坩禍6放置于外坩禍3內(nèi)部，使浮渣過濾坩禍6、外坩禍3共軸分布、壁間距2cm，在浮渣過濾坩禍6頂部放置環(huán)形石英壓塊4，使石英壓塊4的下端面上的卡槽5與浮渣過濾坩禍6上端面固定并卡緊在外坩禍3的內(nèi)壁內(nèi)，浮渣過濾坩禍6的底部制作直徑約0.5mm的多個浮渣過濾孔8，其作用是阻擋坩禍外部氧化物浮渣流入浮渣過濾坩禍6內(nèi)，實(shí)現(xiàn)浮渣與提拉熔體區(qū)域的空間分離，環(huán)形石英壓塊4的作用有三方面，第一、具有一定的重量，防止浮渣過濾坩禍6從GaSb熔體中漂浮起來，第二、具有結(jié)構(gòu)固定功能，此種結(jié)構(gòu)提高了坩禍的穩(wěn)定性，并實(shí)現(xiàn)內(nèi)外石英結(jié)構(gòu)的共軸分布，并提高坩禍內(nèi)部的徑向熱場分布的對稱性，第三、石英壓塊4增加了浮渣過濾坩禍6外壁與外坩禍3內(nèi)壁的表面-表面輻射，具有一定的保溫作用，利于減小內(nèi)外石英坩禍徑向溫度梯度。
[0008]除渣工藝包括，
第一步、將浮渣過濾坩禍6放置于外坩禍3內(nèi)部，使浮渣過濾坩禍6、外坩禍3共軸分布；
第二步、稱量GaSb多晶塊料并粉碎，稱量鹵鹽覆蓋劑，將上述原料7放置于在兩層石英坩禍之間，使石英壓塊4的卡槽5與浮渣過濾坩禍6固定并卡緊在外坩禍3的內(nèi)壁內(nèi)；第三步、使用Ar氣對LEC爐膛進(jìn)行數(shù)次充放氣，去除爐膛內(nèi)大部分的氧氣、水蒸氣含量;
第四步、升溫至約500攝氏度熔化鹵鹽覆蓋劑，恒溫并持續(xù)抽真空進(jìn)行鹵鹽熔體脫水，直至熔體表面無氣泡產(chǎn)生，保持抽真空狀態(tài)去除水蒸氣；
第五步，繼續(xù)升溫至約700攝氏度，恒溫約24小時，使?fàn)t膛內(nèi)殘余氧氣及水蒸氣與塊狀GaSb料在高溫下進(jìn)行反應(yīng)；
第六步，繼續(xù)升溫熔化GaSb塊料，純凈的GaSb熔體經(jīng)浮渣過濾孔8進(jìn)入浮渣過濾坩禍6，而氧化物浮渣隔離于浮渣過濾坩禍6、外坩禍3之間，實(shí)現(xiàn)了浮渣過濾功能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種GaSb單晶生長位錯密度控制技術(shù)，包括帶浮渣過濾結(jié)構(gòu)的LEC單晶生長裝置及除渣工藝，其特征在于:帶浮渣過濾結(jié)構(gòu)的LEC單晶生長裝置，包括加熱器(1)、坩禍托(2 )、外坩禍(3 )，還包括石英壓塊(4 )、浮渣過濾坩禍(6 )，浮渣過濾坩禍(6 )與外坩禍(3 )形狀相同、底部開數(shù)個直徑0.4-0.6mm的浮渣過濾孔(8)，將浮渣過濾坩禍(6)放置于外坩禍(3)內(nèi)部，使浮渣過濾坩禍(6)、外坩禍(3)共軸分布、壁間距l(xiāng)-3cm，在浮渣過濾坩禍(6)頂部放置石英壓塊(4)，使石英壓塊(4)的卡槽(5)與浮渣過濾坩禍(6)固定并卡緊在外坩禍(3)的內(nèi)壁內(nèi)；除渣工藝包括， 第一步、將浮渣過濾坩禍(6)放置于外坩禍(3)內(nèi)部，使浮渣過濾坩禍(6)、外坩禍(3)共軸分布； 第二步、稱量GaSb多晶塊料并粉碎，稱量鹵鹽覆蓋劑，將上述原料(7 )放置于在兩層石英坩禍之間，使石英壓塊(4)的卡槽(5)與浮渣過濾坩禍(6)固定并卡緊在外坩禍(3)的內(nèi)壁內(nèi)；第三步、使用Ar氣對LEC爐膛進(jìn)行數(shù)次充放氣，去除爐膛內(nèi)大部分的氧氣、水蒸氣含量; 第四步、升溫至約500攝氏度熔化鹵鹽覆蓋劑，恒溫并持續(xù)抽真空進(jìn)行鹵鹽熔體脫水，直至熔體表面無氣泡產(chǎn)生，保持抽真空狀態(tài)去除水蒸氣； 第五步，繼續(xù)升溫至約700攝氏度，恒溫約24小時，使?fàn)t膛內(nèi)殘余氧氣及水蒸氣與塊狀GaSb料在高溫下進(jìn)行反應(yīng)； 第六步，繼續(xù)升溫熔化GaSb塊料，純凈的GaSb熔體經(jīng)浮渣過濾孔(8)進(jìn)入浮渣過濾坩禍(6)，而氧化物浮渣隔離于浮渣過濾坩禍(6)、外坩禍(3)之間，實(shí)現(xiàn)了浮渣過濾功能。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種GaSb單晶生長位錯密度控制技術(shù)，包括帶浮渣過濾結(jié)構(gòu)的LEC單晶生長裝置及除渣工藝，帶浮渣過濾結(jié)構(gòu)的LEC單晶生長裝置，包括加熱器、坩堝托、外坩堝，還包括石英壓塊、浮渣過濾坩堝，浮渣過濾坩堝底部開十個直徑0.4-0.6mm的浮渣過濾孔，通過Ar氣對LEC爐膛進(jìn)行數(shù)次充放氣、抽真空進(jìn)行鹵鹽熔體脫水、持續(xù)升溫熔化GaSb塊料等工藝，純凈的GaSb熔體經(jīng)浮渣過濾孔進(jìn)入浮渣過濾坩堝內(nèi)，而氧化物浮渣隔離于浮渣過濾坩堝、外坩堝之間，有益效果是實(shí)現(xiàn)了浮渣過濾功能，結(jié)構(gòu)簡單，在預(yù)先優(yōu)化熱場分布的前提下，適于生長低位錯單晶并能提高成晶率。
【IPC分類】C30B29/40, C30B15/20
【公開號】CN105063745
【申請?zhí)枴緾N201510414468
【發(fā)明人】李璐杰, 徐永寬, 程紅娟, 張穎武, 練小正, 司華青, 于凱, 張志鵬, 霍曉青
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月15日