[發(fā)明專利]一種用于低位錯密度CdS單晶生長的籽晶處理方法

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• 申請日: 2021-12-02
• 公開（公告）號: CN114134576A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高彥昭;王英民;李軼男;王健;程紅娟;劉禹岑;劉興華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所
• 主分類號: C30B29/50
• 分類號: C30B29/50;C30B35/00
• 代理公司: 天津中環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 12105
• 代理人: 胡京生

本發(fā)明涉及一種用于低位錯密度CdS單晶生長的籽晶處理方法，將裝有CdS籽晶的籽晶架、5～20g CdS粉和石英封帽從石英管的B端依次裝入石英管內(nèi)，進(jìn)行抽真空、充高純氬氣、封結(jié)處理，然后將石英管裝入雙溫區(qū)退火爐中進(jìn)行加熱，隨著石英管內(nèi)溫度升高到設(shè)定溫度，CdS粉揮發(fā)出的CdS氣氛充滿整個石英管腔內(nèi)，再加上氬氣的保護(hù)，CdS籽晶表面揮發(fā)量極少，同時CdS籽晶處于低溫區(qū)，CdS氣氛會在CdS籽晶表面的微裂紋處進(jìn)行凝結(jié)生長，逐步將裂紋填充，實(shí)現(xiàn)CdS籽晶表面的微裂紋修復(fù)，有效降低了CdS籽晶片的位錯密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種CdS籽晶的處理方法，特別涉及一種用于低位錯密度CdS單晶生長的籽晶處理方法。

背景技術(shù)

硫化鎘（CdS）單晶材料是一種寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度約為2.42eV，具有優(yōu)異的光電特性，在光催化、發(fā)光器件、光電器件等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。物理氣相傳輸（PVT）法是制備CdS單晶材料的主要方法，通常使用晶體加工后制備的CdS拋光片作為籽晶進(jìn)行大尺寸單晶生長，由于晶體中位錯的存在會誘導(dǎo)微管等缺陷，嚴(yán)重影響晶片在器件上的使用，因此控制晶體中的位錯密度至關(guān)重要。由于位錯具有遺傳特性，因此，高質(zhì)量CdS籽晶是低位錯密度CdS單晶生長的重要基礎(chǔ)，降低籽晶的位錯密度，才有可能生長低位錯密度的CdS晶體。

目前使用的CdS籽晶片是采用專利（CN 102990503 A）提到的拋光技術(shù)進(jìn)行的拋光處理，雖然通過該技術(shù)可以獲得表面粗糙度小于1nm的CdS拋光片，提高了晶片表面質(zhì)量。然而，由于CdS材料軟脆的特點(diǎn)，使得CdS拋光片表面仍存在一定厚度的亞表面損傷，使用這種拋光片直接作為籽晶片進(jìn)行單晶生長時，位錯會從亞表面損傷層內(nèi)的微裂紋處大量增殖，并遺傳到晶體內(nèi)部，進(jìn)而降低了CdS晶體的光電性能。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種用于低位錯密度CdS單晶生長的籽晶處理方法，針對CdS籽晶片表面的亞表面損傷層內(nèi)微裂紋誘發(fā)位錯的問題，可以實(shí)現(xiàn)對亞表面損傷層內(nèi)的微裂紋進(jìn)行修復(fù)，減少籽晶表面位錯的形成，進(jìn)而降低位錯遺傳的風(fēng)險，為高質(zhì)量CdS單晶的生長奠定基礎(chǔ)，具體技術(shù)方案是，一種用于低位錯密度CdS單晶生長的籽晶處理方法，其特征在于：處理方法包括以下步驟，一、將CdS籽晶片放入籽晶架中，其中CdS籽晶片為表面粗糙度小于1nm的CdS拋光片，籽晶架具有多個晶片卡槽，可同時裝入多片CdS籽晶片；二、將裝有CdS籽晶的籽晶架、5～20g CdS粉和石英封帽從石英管的B端依次裝入石英管內(nèi)，并對石英管進(jìn)行加熱，在100~150℃條件下持續(xù)抽真空，當(dāng)真空度低于5×10-4Pa時，充入高純氬氣，管內(nèi)壓力達(dá)到1×104Pa ~4×104Pa時，使用氫氧焰從石英管與石英封帽接觸處封結(jié)，形成籽晶熱處理裝置；三、將裝有CdS籽晶片的石英管裝入雙溫區(qū)退火爐中，其中CdS籽晶片位于Ⅰ溫區(qū)，CdS粉位于Ⅱ溫區(qū)；四、按照50~100℃/h的速率進(jìn)行升溫，將Ⅰ溫區(qū)溫度設(shè)置為1000~1050℃，Ⅱ溫區(qū)溫度比Ⅰ溫區(qū)溫度高20℃，即溫度范圍為1020~1070℃，保持恒溫?zé)崽幚?0h；五、按照5-7℃/h的速率將Ⅰ溫區(qū)降為700~750℃，Ⅱ溫區(qū)溫度降到720~770℃，且保持Ⅱ溫區(qū)溫度比Ⅰ溫區(qū)溫度高20℃，恒溫處理2h；六、按照10-15℃/h的速率將Ⅰ溫區(qū)和Ⅱ溫區(qū)溫度降至室溫，將石英管取出可獲得位錯密度較低的CdS籽晶片。

本發(fā)明的有益效果是，通過在熱處理裝置中加入CdS粉和氬氣，能夠有效抑制高溫下CdS籽晶片的表面分解，通過對CdS籽晶的亞表面損傷層內(nèi)微裂紋進(jìn)行高溫修復(fù)，有效降低了CdS籽晶片的位錯密度。同時，該方法可同時處理多片CdS籽晶，提高了生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的CdS籽晶熱處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明進(jìn)行CdS籽晶熱處理時的溫度分布示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例一