[發明專利]一種用于PVT法制備半導體單晶材料的原位摻雜方法

有效

• 申請號: 201410492738.4
• 申請日: 2014-09-24
• 公開（公告）號: CN104213197B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 張穎武;程紅娟;練小正;張志鵬;李璐杰;司華青;徐永寬
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十六研究所
• 主分類號: C30B31/02
• 分類號: C30B31/02;C30B29/50
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司12105
• 代理人: 胡京生

技術領域

本發明涉及一種PVT法制備半導體單晶材料的摻雜方法，特別涉及一種用于PVT法制備半導體單晶材料的原位摻雜方法。

背景技術

物理氣相傳輸法（PVT法）制備半導體單晶材料的工藝過程是一個升華凝華過程，也是熱量、質量和動力的輸運過程，通過調節單晶爐溫場分布、生長氣壓、載氣流量等參數，降低內部缺陷和雜質元素，最終制備出高質量的半導體單晶材料。

一般情況下，本征的半導體材料電學性能無法滿足器件使用要求，為了調節、控制半導體的電學性質，在半導體單晶材料的PVT法制備工藝完成以后，常常通過擴散或離子注入工藝，將特定元素摻入半導體材料體內，得到所需的電學性能的半導體單晶材料，其中采用擴散工藝制備的半導體材料，擴散濃度隨深度變化明顯，其電學均勻性不好，對工藝的控制精度要求較高，而離子注入工藝設備昂貴而復雜，注入過程中由于入射離子的碰撞易導致晶體結構的損傷，因此必須增加退火工藝進行晶體結構修復。

總之，傳統的PVT法制備半導體單晶材料，把半導體單晶材料的生長工藝和摻雜工藝分別獨立實現，增加了工藝復雜性，同時，摻雜工藝存在摻雜均勻性差、易引起晶體結構損傷等問題。

發明內容

鑒于傳統的摻雜技術帶來的諸多問題，本發明提出一種PVT法單晶生長原位摻雜方法，即在PVT法晶體生長過程中，同時加入特殊物質的氣氛，特殊物質為需要摻雜的物質的單質元素或化合物，使摻雜元素伴隨晶體生長的過程進入到晶體內部格點位置，保證了摻雜均勻性和晶體結構完整性，從而實現理想摻雜效果，具體技術方案是，一種用于PVT法制備半導體單晶材料的原位摻雜方法，采用兩溫區PVT晶體生長爐，步驟如下：1）、將原料、摻雜物進行工藝處理后混合一起放入兩溫區PVT晶體生長爐原料區、襯底放入爐內襯底位置；2）、調置PVT晶體生長爐一溫區、二溫區溫度，其溫度范圍根據原材料物理性能特點決定；3）、待生長工藝結束后取出生長管，即可得到摻雜元素的單晶。

本發明的有益效果是利于摻雜元素的均勻分布，使單晶材料實現均一的電學性能；減少了晶體結構損失，從而有效改善晶體質量；簡化了單晶材料制備工藝，有利于單晶材料的規模化生產。

附圖說明

圖1是本發明的流程圖。

圖2是傳統PVT法制備半導體單晶材料摻雜工藝的流程圖。

圖3是本發明生長溫度梯度的溫度曲線。

具體實施方式

如圖1、2、3所示，兩溫區PVT晶體生長爐，爐中分為原料區1 、傳輸區2、生長區3、生長管4、襯底5、T（L）為原料區溫度、T（0）為生長區溫度。

實例1

PVT法制備摻銦元素的N型低阻硫化鎘單晶。

硫化鎘單晶生長采用兩溫區PVT晶體生長爐，從原料端到襯底端的溫區分別為一溫區、二溫區，以石英單晶材料為襯底，以銦單質為摻雜源，銦單質以粉末態與硫化鎘源粉混合放置于原料區1，晶體生長中的溫區設置為1000℃、960℃，待生長工藝結束后取出生長管，即可得到摻銦元素的N型低阻硫化鎘單晶。

實例2

PVT法制備摻氯元素的N型低阻硫化鎘單晶。

硫化鎘單晶生長采用兩溫區PVT晶體生長爐，從原料端到襯底端的溫區分別為一溫區、二溫區，以石英單晶材料為襯底，以氯化鎘為摻雜源，氯化鎘以粉末態與硫化鎘源粉混合放置于原料區1，晶體生長中的溫區設置為1010℃、980℃，待生長工藝結束后取出生長管，即可得到摻氯元素的N型低阻硫化鎘單晶。

實例3

PVT法制備摻鋁元素的N型低阻硒化鎘單晶。

硒化鎘單晶生長采用兩溫區PVT晶體生長爐，從原料端到襯底端的溫區分別為一溫區、二溫區，以石英單晶材料為襯底，以鋁單質為摻雜源，鋁單質以粉末態與硒化鎘源粉混合放置于原料區1，晶體生長中的溫區設置為950℃、900℃，待生長工藝結束后取出生長管，即可得到摻鋁元素的N型低阻硒化鎘單晶。