[發(fā)明專利]一種低位錯、高電子遷移率GaInSb晶體制備方法

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• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111778554A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉俊成;劉強;李響;何國芳;韓銀峰;張建平;汪如卿
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B11/00;C30B30/04;C30B29/40
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本發(fā)明公開了一種低位錯、高電子遷移率GaInSb晶體制備方法。將Ga、In、Sb三種單質(zhì)元素按照一定的化學(xué)摩爾配比進行配料，再經(jīng)過后期的裝料、封管、多晶料的合成之至最后的晶錠生長完成，即可得到最終的GaInSb晶體。針對摻入In元素所生長的GaInSb晶體，維持了GaSb晶體的閃鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，In元素通過進入Ga的空位和取代Ga的位置，呈現(xiàn)出更好的組織結(jié)構(gòu)均勻性，改變了GaSb晶體的載流子類型，使初始的p型GaSb晶體轉(zhuǎn)變?yōu)閚型的GaInSb晶體，從而使GaInSb晶體的禁帶寬度、位錯密度、晶格常數(shù)和電學(xué)性能隨之改善。本發(fā)明采用垂直布里奇曼法(VB)進行GaInSb晶體的生長，該法機械化程度高，操作簡單，所生長的晶體質(zhì)量高且晶體尺寸較大，更宜于后期規(guī)?；墓I(yè)生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到低位錯、高電子遷移率GaInSb晶體摻雜In元素的GaInSb晶體制備方法

背景技術(shù)

半導(dǎo)體材料是介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一種材料，隨著信息時代及新興5G時代的逐步深入，晶體管、集成電路、紅外探測、光伏電池、光電子及微電子的技術(shù)革新，在信息時代日新月異的今天，制備優(yōu)越高質(zhì)量的半導(dǎo)體顯的尤為重要。

GaInSb作為第三代化合物半導(dǎo)體材料，由于其高的電子遷移率、禁帶寬度窄及優(yōu)異的電學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于光電通訊、太陽能電池、激光探測、衛(wèi)星導(dǎo)航等重要領(lǐng)域，在半導(dǎo)體行業(yè)扮演著越來越重要的角色。多年來，大量的研究人員對GaSb、GaInSb晶體制備的技術(shù)工藝進行了深入的探索和改進，但對于工業(yè)化的生產(chǎn)及高質(zhì)量的晶體制備依舊存在許多難點，對于這類材料主要是提升電子遷移率和紅外透過率并降低其位錯密度，基于對絕大部分多晶材料的研究，本發(fā)明通過In元素的摻雜來制備低位錯、高電子遷移率GaInSb晶體的方法來達到顯著改善其電學(xué)性能、晶體組織的目的，從而制備出高質(zhì)量大尺寸的晶錠樣品來。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述半導(dǎo)體晶體低的電子遷移率和紅外透過率及高的位錯密度等問題提供一種通過In元素的摻雜來制備高質(zhì)量的GaInSb晶體的制備方法。該方法機械化程度高，操作簡單，所生長的晶體缺陷底、質(zhì)量高且晶體尺寸大等優(yōu)點，更宜于后期規(guī)?；墓I(yè)生產(chǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：本發(fā)明所述的是一種制備低位錯、高電子遷移率GaInSb晶體，其特征在于：晶體衍射數(shù)據(jù)：2θ＝24.739°，F(xiàn)WHM＝74″、位錯密度：6.988×10³cm^-2、載流子遷移率：1.718×10³cm²/(V·s)。

所述步驟中Ga∶In∶Sb晶體制備的化學(xué)摩爾比為0.86∶0.14∶1。

所述步驟中采用垂直布里奇曼法(VB)進行GaInSb晶體的生長。

所述步驟中的石英坩堝內(nèi)徑25mm，壁厚3mm，長度約200mm。

所述步驟中采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，以無水乙醇(CH₃CH₂OH)作為碳源，為石英坩堝進行鍍膜實驗。

所述步驟中必須在凈化室里完成所有的裝料過程以保證原料不被氧化污染。

所述步驟中將混料好的石英坩堝用真空管式爐進行抽真空，待空度低于1×10^-3Pa后，采用溫度高于3000℃的氧乙炔火焰對坩堝的縮頸段加熱，熔融后拉斷坩堝的縮頸即可，至此完成封管過程。

所述步驟中以較緩慢的升溫速率1-3℃/min上升到其熔點附近(762℃)，保溫2-3h，再以1-3℃/min升溫800-850℃，在整個混料過程中，搖擺爐以每小時2-4次的頻率進行搖擺合成，待搖擺結(jié)束以后，以1-3℃/min降溫速率降至室溫，取出石英坩堝，至此完成GaInSb多晶料的合成。