锑化镓单晶生长工艺研究

摘要

GaSb是直接带隙半导体材料，禁带宽度为0.725eV，晶格常数为0.60959nm。GaSb可以与各种三元、四元的III-V族化合物半导体材料的晶格常数相匹配，因此由晶格失配导致的应力、缺陷等问题大大减少。GaSb已经成为制备长波LED及光电探测器、光纤通信器件的重要衬底材料。
　　目前制备GaSb单晶通常使用直拉法。该方法的优点是可以观察晶体在各个环节的生长状态，及时调整生长参数，缺点是GaSb熔体表面极易氧化而产生浮渣，妨碍引晶和单晶生长过程，且生长过程中可能引入较多微缺陷。
　　本文采用液态覆盖剂封闭熔体直拉法，开展GaSb单晶材料生长工艺研究。研究GaSb晶体生长的基本理论，分析可能出现的异常现象，为实验设计与工艺改进提供理论依据。根据GaSb熔体的物理特性选取合适的液封剂，避免GaSb熔体表面发生氧化反应。建立GaSb单晶生长计算机仿真模拟模型，设计加热器与保温层结构，获得有利于GaSb单晶稳定生长的热场。全面优化引晶、放肩、收肩、等径、收尾等阶段的晶体生长工艺，改进热处理、切割、研磨、抛光等晶体加工工艺，成功制备出2英寸的GaSb单晶片。分析GaSb单晶生长缺陷的影响因素、类型与形成机理，通过优化热场设计，采取小角度放肩生长工艺，控制固液交界面的形貌，调整GaSb多晶料的化学计量比，去除单晶炉内与GaSb多晶料中的杂质等方式，有效减少GaSb单晶中的微缺陷。

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第一章 锑化镓材料概述

1.1 GaSb材料的物理特性

1.2 GaSb材料的应用领域

1.3 GaSb单晶生长方法

1.4国内外研究现状

第二章 LEC法锑化镓单晶生长理论

2.1 LEC法GaSb单晶炉体结构

2.2 LEC法GaSb单晶生长原理

2.3 LEC法GaSb单晶生长基本理论

第三章 计算机辅助热场模拟设计研究

3.1物理模型

3.2 Comsol软件介绍

3.3等径生长模拟

3.4模拟结果分析

3.5小结

第四章 LEC法锑化镓单晶生长工艺

4.1 GaSb多晶合成

4.2 GaSb籽晶制备

4.3覆盖剂脱水

4.4坩埚处理

4.5真空烘烧

4.6晶体生长阶段

4.7热处理

4.8切割、研磨

4.9抛光

4.10晶片测试

第五章 LEC法锑化镓单晶缺陷控制

5.1 GaSb单晶缺陷影响因素

5.2 GaSb单晶缺陷类型与形成机理

5.3 GaSb单晶缺陷控制技术

5.4小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢