[發明專利]一種大尺寸211晶向低位錯密度銻化銦InSb晶體及其生長方法

有效

• 申請號: 202110981778.5
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113774490B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 趙超;董濤;彭志強;賀利軍
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十一研究所
• 主分類號: C30B29/40
• 分類號: C30B29/40;C30B15/00;C30B15/36;C30B15/22
• 代理公司: 工業和信息化部電子專利中心 11010
• 代理人: 羅丹

本發明公開了一種大尺寸211晶向低位錯密度銻化銦InSb晶體及其生長方法，大尺寸211晶向低位錯密度銻化銦InSb晶體生長方法包括：制備滿足位錯精度要求的211晶向InSb籽晶；將一定比例的原材料In和Sb裝入爐膛內，并控制爐膛內環境參數，以在InSb晶體生長過程中，In?Sb偏離1:1摩爾比在誤差范圍內；將制備好的211晶向InSb籽晶插入熔體表面進行熔接，并控制晶體拉速、轉速以及坩堝轉速，以使得InSb晶體橫截面輪廓與圓形的相似度大于閾值。采用本發明制備InSb晶體，解決了籽晶位錯的遺傳效應，降低晶體生長過程中的熱應力以及熱應力差異，避免了In?Sb比例失衡問題，從而減少位錯缺陷，提高InSb晶體的質量和成品率。

技術領域

本發明涉及半導體材料領域，尤其涉及一種大尺寸211晶向低位錯密度銻化銦InSb晶體及其生長方法。

背景技術

InSb材料是一種Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料，具有閃鋅礦結構，在3～5μm 中波波段擁有將近100％的量子效率，被常用于制備中波段紅外探測器。InSb焦平面陣列(FPA)由于制備工藝已相當成熟，已被廣泛應用于紅外探測和天文觀察等民用紅外系統中，并取得了很好的結果。位錯是晶體結構中的不連續性，會產生應變場和/或懸掛的鍵點，從而中斷電荷在位錯附近區域的傳輸。這種效應會降低探測器連接處的遷移率和少數載流子壽命，從而導致更高的電阻、較差的信噪比，以及在有位錯的區域中探測器響應的均勻性較差。對于FPA成像器件，由于晶圓質量較低而導致的性能下降表現為死點或暗點像素和像素簇，或在晶圓的不同部分的不均勻光響應，所以位錯密度是FPA用InSb材料的最重要因素。

InSb晶體主流制備技術Czochralski法。Czochralski法是將高純原材料裝入爐膛，充入氫氣氣氛，使用電阻或者感應加熱將裝在高純度石英坩堝中的原材料熔化，然后將籽晶插入熔體表面進行熔接，籽晶緩慢向上提升，經過引晶、縮頸、轉肩、等徑生長、收尾等過程，生長出晶體。InSb材料的臨界屈服應力小，極易產生位錯缺陷。生長211晶向晶體時，位錯線會貫穿整根晶體，數量不會減少。211晶向晶體為非對稱晶向，其生長出的晶體形狀不像111晶向晶體那樣為接近于圓柱體的六面體，而是不規則的形狀，且必定存在多個較大的平面，這就導致晶體在徑向各點處的生長速度存在較大差異，各點處的熱應力也有所不同，所以在某些方向上容易激增位錯缺陷。Sb有著較高的蒸汽壓，在銻化銦晶體生長過程中，隨著晶體生長的進行，Sb元素不斷揮發，導致In-Sb 比不斷上升，使得In-Sb比偏離了1:1摩爾比，這時易生產孿晶或者位錯。

發明內容

本發明提供一種大尺寸211晶向低位錯密度銻化銦InSb晶體及其生長方法，用以至少解決大尺寸211晶向晶體位錯嚴重的問題。

根據本發明實施例的大尺寸211晶向低位錯密度銻化銦InSb晶體生長方法，包括：

制備滿足位錯精度要求的211晶向InSb籽晶；

將一定比例的原材料In和Sb裝入爐膛內，并控制所述爐膛內環境參數，以在InSb晶體生長過程中，In-Sb偏離1:1摩爾比在誤差范圍內；

將制備好的211晶向InSb籽晶插入熔體表面進行熔接，并控制晶體拉速、轉速以及坩堝轉速，以使得InSb晶體橫截面輪廓與圓形的相似度大于閾值。

根據本發明的一些實施例，所述方法，還包括：

在等徑階段，控制直徑角度浮動小于等于±5°。

根據本發明的一些實施例，在等徑階段，控制直徑大于等于兩英寸。

根據本發明的一些實施例，所述方法，還包括：

在放肩階段，控制放肩角度在5°～15°范圍內、放肩角度浮動小于等于± 5°；

在收尾階段，控制收尾角度在-5°～-20°范圍內、收尾角度浮動小于等于±5°。