镓硼共掺对6英寸VGF法锗单晶电阻率均匀性的影响

由于杂质分凝效应,镓掺杂垂直梯度凝固(VGF)法锗单晶的电阻率分布不均匀,理论上利用镓和硼分凝系数的差异,镓硼共掺工艺可以提升锗单晶电阻率均匀性。采用镓硼共掺工艺制备了6英寸(1英寸≈2.54 cm)VGF法锗单晶,对比分析了掺杂工艺对锗单晶电阻率均匀性的影响。当镓和硼杂质浓度分别为5.13×10^(18)cm^(-3)和0.67×10^(18)cm^(-3)时,在等径0~40 mm范围内轴向电阻率不均匀性为4.92%,等径0 mm和40 mm处径向电阻率不均匀性分别为1.63%和0.45%,与镓杂质浓度为5.13×10^(18)cm^(-3)的镓掺杂工艺相比,锗单晶头部的电阻率均匀性明显提升。当硼杂质浓度提高到1.89×10^(18)cm^(-3)时,镓硼共掺锗单晶头部电阻率均匀性变差。结果表明,适量硼掺杂的镓硼共掺工艺可以提升锗单晶头部电阻率均匀性。

高电阻率均匀性4英寸半绝缘GaAs单晶生长技术

4英寸(1英寸=2.54 cm)半绝缘GaAs单晶材料是目前制备微波毫米波单片集成电路等的主流材料,随着5G技术应用的普及,该材料的应用前景将更加广阔。但是由于采用常规垂直梯度凝固(VGF)法晶体生长工艺所得的单晶尾部径向电阻率均匀性较差,严重影响了相关器件性能的一致性。对采用VGF和(VGF+垂直布里奇曼(VB))两种晶体生长工艺所得的半绝缘GaAs单晶头尾径向电阻率不均匀性测试进行分析,优化了(VGF+VB)晶体生长相关工艺条件,并确定了VB晶体生长部分比较合理的起始位置及生长速度。在保证晶锭头尾电阻率均达到10~8Ω·cm以上的情况下,有效地降低了晶体尾部径向电阻率不均匀性,使其由原来的大于20%降低到小于10%,提高了晶体质量。通过该工艺还可有效排杂到晶体尾部,增加高电阻率单晶有效长度。

6英寸半绝缘GaAs单晶VGF和VB联合生长技术

为了生长6英寸(1英寸=2.54 cm)半绝缘GaAs单晶,采用水平梯度凝固(HGF)法合成GaAs多晶。将装有籽晶、GaAs多晶、氧化硼和碳粉的热解氮化硼(PBN)坩埚装入石英管内并抽真空后密封。然后将石英管装入单晶炉内,升温熔化多晶并熔接籽晶后,采用垂直梯度凝固(VGF)法生长晶体肩部,采用垂直布里奇曼(VB)法生长晶体等径部分。在对VGF和VB晶体生长法进行理论分析的基础上,采取优化支撑结构、增加VGF晶体生长降温速率、优化VB晶体生长速度等措施提高6英寸GaAs晶体生长的成晶率至48%以上。基于半绝缘GaAs补偿理论,采取过量碳粉掺杂和El2的控制等措施,提高晶体电阻率至大于4×10^7Ω·cm,降低电阻率不均匀性至小于25%。通过优化生长界面,使GaAs单晶的位错密度降低至小于104 cm^-2。

VGF法半绝缘GaAs单晶EL2浓度优化研究

为了获得高电阻率及迁移率的半绝缘GaAs单晶材料,采用经高压及水平合成不同工艺制得的GaAs多晶料,进行垂直梯度凝固(VGF)法半绝缘GaAs单晶生长,测试和分析相应单晶片的EL2浓度、C浓度及电阻率、迁移率等性能参数,对比和分析了GaAs化学计量比的不同对单晶EL2浓度及电学参数的影响,经多炉次实验,确定出GaAs单晶电阻率>1×10^8Ω·cm及迁移率>5×10^3 cm^2/(V·s)时C浓度及EL2浓度的合理范围,并据此结论,指导MBE外延用半绝缘GaAs单晶生长,保证了半绝缘GaAs单晶在满足高电阻率和迁移率的同时,具有较高的重复性和一致性。

砷化镓多晶表面清洗技术的研究

根据实际生产经验,分析了GaAs多晶料表面杂质的类型、产生原因及对后续单晶生长的影响,明确了多晶表面清洗工艺的重要性,介绍了针对不同类型杂质的清洗方法和原理,并在此基础上进行了多晶表面清洗实验,结果表明:无论是酸性清洗液还是碱性清洗液,都能达到去除GaAs多晶表面杂质的目的;Ga和As各自的氧化物在酸、碱溶液中溶解的难易程度决定了利用不同清洗液清洗后,多晶表面的光亮程度;从安全性和环保性角度来看,碱性清洗液是清洗多晶料表面更好的选择。

VGF法SI-GaAs单晶生长工艺与固液界面形状的研究

阐述了VGF法SI-GaAs单晶生长工艺中非平坦形固液界面形成的原因,分析了由此导致的单晶尾部径向电阻率不均匀性分布及单晶可利用率低的原因。在等径生长阶段引入VB走车工艺,并通过实验验证了VB走车工艺的应用效果,有效改善了固液界面形状和单晶尾部电阻率不均匀性,提升了SI-GaAs单晶的可利用长度。

VGF法GaAs单晶生长中热通量对固液界面形状的影响

采用专业的晶体生长模拟软件CGSim模拟了垂直梯度凝固法(VGF)GaAs单晶生长过程中固液界面形状及其变化;分析了生长过程中界面上不同位置的热通量及其变化,并利用能量守恒关系,分析了热通量对固液界面形状的影响,改进了前人在忽略凝固或熔化相变潜热的基础上推导出的固液界面形状和温度梯度之间的数学关系。结果表明:固液界面上各点热通量的不同导致各点生长速度的不同,从而形成偏离程度各异的固液界面形状。采用霍尔效应测量法检测了GaAs单晶中的载流子浓度分布,分析了固液界面形状对晶片电学均匀性的影响。结果表明:对于分凝系数k0<1的溶质,平坦的固液界面,晶片中载流子浓度分布更为均匀;凸形界面,载流子浓度随晶片径向距离的增加而增加;凹形界面,载流子浓度随晶片径向距离的增加而降低;载流子浓度分布的不均匀性随固液界面非平坦性的增加而增加。