磷化铟材料中孪晶现象的研究

摘要

InP材料的一系列优越特性使其已经成为微电子和光电子器件领域中不可缺少的半导体材料。在III-V族化合物半导体中，由于InP的堆垛层错能较低，化学键的离子性较强，从而增加了孪晶的形成几率。在InP晶体生长中，孪晶和多晶化是最重要的两种缺陷。因此，关于InP材料中孪晶现象的研究对生产大直径高质量InP单晶是很有必要的。本文着重分析了影响孪晶形成的生长工艺条件并提出了相应的抑制孪晶的工艺方法。通过拉曼光谱及X射线衍射技术表征并确定了孪晶部分的晶向；运用位错腐蚀方法分析了孪晶片上的位错分布及孪晶与位错的关系。
　　通过大量实验，我们统计性的得出放肩角与InP晶体中孪晶的产生并无明确的相关性。超过75°甚至接近90°的平放肩与缓放肩相结合的技术生长晶体可以得到无孪晶InP单晶。通过控制晶体形状，可使孪晶滑出晶体体外，抑制或降低孪晶的产生几率。
　　讨论了熔体化学配比对晶体中孪晶形成的影响，通过采用磷注入合成技术，控制In和P的装炉量以及磷源炉的加热功率，得到近化学配比的InP熔体，能够生长无孪晶InP单晶。
　　热场是InP单晶生长过程中孪晶形成的最重要因素。通过对加热器的设计，使炉内保持适合InP单晶生长的轴向温度梯度，减少温度起伏，使固-液界面保持微凸向熔体的生长状态，避免晶锭边缘“倒沟”产生，这样可抑制孪晶的形成。通过实验证明了我们的热场分布有利于InP单晶生长。在总结影响孪晶产生因素的基础上，提出了抑制孪晶产生的方法。
　　此外，通过拉曼光谱及X射线衍射技术表征并确定了孪晶部分的晶向。通过对带孪晶InP晶片进行位错腐蚀，得到了位错的大致分布及其与孪晶的关系。

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第一章 绪论

1.1 磷化铟的基本性质及其应用

1.2 孪晶的基本介绍

1.3 国内外磷化铟单晶中孪晶现象的研究现状

1.4 本课题的选题意义

1.5 本论文的内容及结构安排

第二章 磷化铟合成技术

2.1 合成InP多晶方法

2.2 磷注入合成InP材料

第三章 磷化铟晶体生长技术

3.1 液封直拉法（LEC）

3.2 改进的LEC法

3.3 蒸气-压力-控制LEC法（VLEC）

3.4 垂直梯度凝固（VGF）和垂直布里奇曼（VB）法

3.5 水平布里奇曼（HB）和水平梯度凝固（HGF）法

第四章 生长工艺条件对孪晶形成的影响

4.1 放肩角和晶体形状对InP晶体中孪晶的影响

4.2 熔体化学配比条件对孪晶产生的影响

4.3 热场条件及固-液界面形状与孪晶的关系

4.4 影响孪晶产生的因素总结及抑制孪晶的方法

第五章 孪晶的表征

5.1 孪晶部分的晶向测定

5.2 位错与孪晶之间的关系

第六章 总结

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果