InP高压直拉单晶炉的热场优化设计与分析

高压直拉单晶炉的热场对磷化铟(InP)晶体生长过程有重要影响,存在缺陷的热场很难生长出合格的InP单晶,因此对InP晶体生长的热场进行优化设计与分析非常必要。提出了采用新型的碳/碳(C/C)复合材料加热器、复合固化硬毡为保温筒的热场结构,并通过仿真设计优化了InP单晶热场,解决了原有的以石墨加热器和碳纤维软毡为基础的InP单晶热场稳定性和对称性差以及使用寿命短的问题。经过实验测试,加热效率提高了25%,使用寿命达到90炉以上。

液封直拉富铟InP中铟夹杂的纵向和横向分布

采用光学显微镜与红外透射显微镜相结合的方法,研究了磷化铟(InP)晶片中铟夹杂的形貌,通过比较含有铟夹杂的晶体与晶片,总结了铟夹杂在富铟磷化铟中的纵向与横向分布行为,并分析了熔体组分配比度、固液界面形貌以及温度梯度对铟夹杂分布行为的影响。在含有铟夹杂的单晶片中发现铟夹杂的一种特殊环形分布行为,对比和它相邻的晶片,发现这种环形分布呈现出沿生长方向直径逐渐变小的趋势,初步分析与固液界面呈微凸的形貌有关。在这种特殊分布中,发现部分铟夹杂呈四方对称分布。结合磷化铟的晶体结构,分析这种对称分布与固液界面处的{111}晶面有关。

富铟熔体生长InP晶体中的微观缺陷

通过原位磷注入液封直拉(LEC)法在富铟熔体中生长了<100>方向的磷化铟单晶,并研究了晶体内缺陷形态及形成机制。在富铟熔体中生长的磷化铟晶锭中发现,多种形态富铟夹杂物镶嵌在磷化铟基体中。在晶片的抛光过程中,由于局部受力不均匀导致富铟夹杂周围的晶体出现裂纹。通过研究发现,除了磷化铟晶体的各向异性外,局部的冷却条件也控制着晶体凝固过程,进而控制着富铟夹杂物的形态。由于磷化铟基体与富铟夹杂物的热膨胀系数不同,在富铟多面体夹杂物产生了很大的应力,进而导致富铟夹杂物附近出现了位错聚集现象。经讨论给出了这些夹杂物的形成机制及其对晶体质量的影响。

InP的快速大容量注入合成机理分析及多晶制备

对于磷化铟(InP)的合成来说,合成的时间越快、纯度越高,合成熔体的配比度越高、熔体的利用率越高,合成量越大、成本越低。为实现InP的快速大容量合成,分析了注入合成的物理条件、气体传输过程、界面反应机理和注入气泡速率对合成的影响。通过对机理的分析,优化了注入合成条件和冒泡速率,提高了注入合成过程的可控性,在3 h内合成了10 kg高纯InP多晶,通过直拉法进一步提拉生长,最终制备的InP多晶载流子浓度≤2×10^(15)cm^(-3),迁移率>4500 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),为实现大尺寸单晶批量化制备奠定了基础。

基于原位合成法的InP单晶炉合成装置设计

基于磷蒸气注入原位合成技术及液封直拉磷化铟(InP)单晶的原理,设计了CZ-50型InP单晶炉。介绍了该单晶炉的主体结构,特别是原位合成装置的结构。该装置不仅可以实现磷蒸气注入法原位合成InP多晶材料,并且根据InP材料合成及单晶生长的特殊性,对该装置进行了结构创新设计:在炉盖上设计并安装了一套可升降的热偶测温装置,实现了在生产过程中,对坩埚内熔体温度进行在线测量;通过在炉体内部加设观察窗遮挡装置及对观察窗进行加热的方法,解决了长期以来InP材料合成及单晶生长过程中由于磷的挥发特性所导致的观察窗污染问题。

磷化铟晶体中孪晶形成机理的研究进展

孪晶可以降低化合物半导体单晶的成品率,是目前半导体材料领域研究的热点之一。针对InP及相关极易产生孪晶的半导体材料,系统介绍了孪晶形核的各类物理模型,归纳了材料属性、晶体生长放肩角度、温度梯度、生长速率、小平面、半导体极性及生长系统稳定性等因素对孪晶形成的影响。借助多晶硅中孪晶现象和形核机理解释了InP多晶中孪晶形核现象。同时,总结了掺杂剂及杂质元素对孪晶形成的影响。最后,对InP生长过程中孪晶形成及抑制方法进行了展望。InP单晶中孪晶的抑制将会大幅降低InP单晶衬底的成本,推动InP微电子及光电子领域的发展。