[發(fā)明專利]一種快速生長(zhǎng)InSb單晶的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011138796.9
• 申請(qǐng)日: 2020-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN112126982A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于凱;徐世海;王健;洪穎;霍曉青;劉莎莎;張嵩;李強(qiáng);程紅娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所
• 主分類號(hào): C30B29/40
• 分類號(hào): C30B29/40;C30B15/00;C30B15/36
• 代理公司: 天津中環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 12105
• 代理人: 王鳳英

本發(fā)明公開了一種快速生長(zhǎng)InSb單晶的方法。選取一個(gè)InSb單晶晶錠作為引晶晶錠，晶錠底部的寬頸部分直徑不小于50mm；對(duì)底部進(jìn)行切磨拋處理：將籽晶方柱上端固定在籽晶桿上，并連接于提拉裝置上；將晶體底部的寬頸部位浸入熔體，當(dāng)?shù)酌娼佑|熔體之后緩慢浸入，設(shè)定加熱功率，待晶體底面和熔體完全融合時(shí)，啟動(dòng)提拉裝置，初始拉速8?10mm/h，加熱功率降低0.1?0.4%，待新生晶體達(dá)到目標(biāo)尺寸時(shí)，保持加熱功率不變，拉速提升至12?15mm/h，等待晶錠底面和熔體出現(xiàn)融合狀態(tài)時(shí)完成引晶過(guò)程。該方法避免籽晶放肩過(guò)程中出現(xiàn)孿晶或多晶，在短時(shí)間內(nèi)獲得大尺寸InSb單晶，有利于提高InSb單晶的生長(zhǎng)效率和成晶率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及單晶制備，尤其是涉及一種快速生長(zhǎng)InSb單晶的方法，具體涉及一種InSb單晶快速制備中的引晶晶錠的選擇、引晶晶錠的處理和引晶過(guò)程。

背景技術(shù)

在直拉法生長(zhǎng)InSb（銻化銦）晶體過(guò)程中，首先將InSb原料放在坩堝中加熱熔化。將固定于籽晶桿上的InSb籽晶從熔體表面緩慢浸入熔體中，浸入熔體的籽晶底部和熔體融合在一起，緩慢向上提拉籽晶桿，并通過(guò)籽晶桿散熱。與籽晶接觸的熔體首先獲得一定的過(guò)冷度，而發(fā)生結(jié)晶。不斷提拉籽晶桿，使結(jié)晶過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的InSb晶體生長(zhǎng)。

如圖1所示，在InSb單晶生長(zhǎng)過(guò)程中，從小尺寸的籽晶方柱過(guò)渡到大尺寸的晶錠的過(guò)程稱為“放肩”，即晶體直徑變大部位定義為肩部，晶體放肩過(guò)程中的直徑由提拉速率和加熱功率共同調(diào)節(jié)。InSb單晶生長(zhǎng)中，放肩角度過(guò)大的話容易導(dǎo)致孿晶的形成，因此通常采用小角度放肩工藝，放肩角度一般介于30-45o之間。此外，針對(duì)InSb這種材料，其自身的熱導(dǎo)率較低，僅為17W/mK，生長(zhǎng)過(guò)程中結(jié)晶潛熱難以逸出，非常容易在晶體內(nèi)部形成局部應(yīng)力，產(chǎn)生位錯(cuò)，從而降低晶體質(zhì)量，所以，這是采用小角度放肩和慢速生長(zhǎng)的第二個(gè)原因。為獲得大尺寸晶錠，則需要更長(zhǎng)的放肩時(shí)間，單晶生長(zhǎng)的生產(chǎn)效率則更低；其次，由于放肩時(shí)間較長(zhǎng)，在緩慢放肩的過(guò)程中，由于溫度波動(dòng)、環(huán)境振動(dòng)、氧化層雜質(zhì)等因素均可會(huì)導(dǎo)致雙晶、多晶、孿晶等生產(chǎn)幾率，即一定程度降低了單晶成晶率。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于直拉法InSb單晶生長(zhǎng)工藝中，小角度放肩工藝對(duì)InSb單晶生長(zhǎng)效率和成晶率等指標(biāo)的不利影響，本發(fā)明提出一種無(wú)放肩過(guò)程（直接等徑生長(zhǎng)）或者縮短放肩過(guò)程（繼續(xù)增擴(kuò)尺寸）的大尺寸InSb單晶的快速制備方法。通過(guò)采用大尺寸的銻化銦單晶晶錠直接進(jìn)行等徑生長(zhǎng)或進(jìn)一步的放肩生長(zhǎng)，可以避免在籽晶的放肩過(guò)程中出現(xiàn)孿晶或多晶，在短時(shí)間內(nèi)獲得大尺寸的InSb單晶，有利于提高InSb單晶的生長(zhǎng)效率。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：一種快速生長(zhǎng)InSb單晶的方法，其特征在于：所述方法包括引晶晶錠的選擇、引晶晶錠的處理和引晶過(guò)程，具體步驟如下：

一、首先選取一個(gè)InSb單晶晶錠作為引晶晶錠，引晶晶錠由兩部分組成：一是籽晶方柱；二是引晶晶錠具有滿足放肩過(guò)程的晶體，即放肩部分晶錠；放肩角度為30-45o之間，放肩部分晶錠底部的寬頸部分直徑不小于50mm。

二、對(duì)引晶晶錠底部進(jìn)行切磨拋處理，以保證底部表面基本平坦，并進(jìn)行清洗，以保證底面的清潔度。

三、引晶過(guò)程：將籽晶方柱上端固定在籽晶桿上，并連接于提拉裝置上；將引晶晶體底部的寬頸部位浸入InSb熔體，當(dāng)引晶晶體底面接觸熔體之后緩慢浸入，待引晶晶體底面和熔體完全融合時(shí)啟動(dòng)提拉裝置，初始拉速為8-10mm/h，將加熱功率降低0.1-0.4%，待新生晶體達(dá)到目標(biāo)尺寸時(shí)，保持加熱功率不變，拉速提升至12-15mm/h，等待晶錠底面和熔體出現(xiàn)融合狀態(tài)時(shí)完成引晶過(guò)程。

四、最后進(jìn)入等徑快速的單晶生長(zhǎng)階段。

本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是：通過(guò)采用大尺寸的銻化銦單晶晶錠直接進(jìn)行等徑生長(zhǎng)或進(jìn)一步的放肩生長(zhǎng)，可以避免在籽晶的放肩過(guò)程中出現(xiàn)孿晶或多晶，在短時(shí)間內(nèi)獲得InSb單晶，有利于提高InSb單晶的生長(zhǎng)效率（提高30%）和成晶率（提高30%），并且籽晶可反復(fù)多次使用。