直径4″InP单晶生长研究

摘要

InP单晶材料作为最重要的化合物半导体材料之一,由于其本身具有的优越特性,使其在光纤通信、微波、毫米波、抗辐射太阳能电池、异质结晶体管等许多高技术领域有广泛的应用.由于InP基的光电器件、微电子器件近些年发展十分迅速,所以各主要发达国家普遍加强了对大直径、高质量InP单晶材料研究的投入,以保证可靠的衬底来源.九十年代末美国、日本率先生长出4英寸InP单晶,而我国还停留在2-3英寸的水平上,为了与国际领先水平看齐我们也开展了4英寸InP单晶生长的研究.为进行更好的晶体生长工作得到优质的大尺寸InP单晶,对关系实验成败最关键因素的热场设计进行了专题实验研究.晶体直径一旦加大极易在晶体生长过程中出现孪晶,而且随着晶体直径的加大,位错密度也呈指数倍增加.所以为提高晶体质量,提高晶体成晶率,主要克服的是孪晶的出现和降低位错密度.通过对原有热场和生长工艺参数的改进,并探讨了避免大直径单晶生长易生成孪晶的机理,提出了避免<100>晶向晶体生长时孪晶出现的模型.通过多次试验,终于成功地在内径为129mm的坩埚中生长出100-104mm(4英寸)<111>、<100>晶向、整锭InP单晶.继而在内径为150mm的坩埚中重复生长出105-114mm大直径、低位错密度、无孪晶(少孪晶)的优质<100>晶向、整锭InP单晶材料.本工作的开展使我们在美、日后不久成为世界上第三个掌握4英寸InP单晶生长技术的国家,使我们单晶生长工艺达到了世界领先水平.我们有信心在不久的将来将4英寸高质量InP单晶成熟化,争取在未来的国际市场占有一席之地.