[發明專利]一種GaAs單晶的生長方法

有效

• 申請號: 202210410996.8
• 申請日: 2022-04-19
• 公開（公告）號: CN114574939B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 周雯婉
• 申請（專利權）人: 北京通美晶體技術股份有限公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B29/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本申請涉及晶體生長的技術領域，具體公開了一種GaAs單晶生長方法。該GaAs單晶生長方法包括以下步驟：坩堝預處理、生長準備、晶體生長以及退火處理；其中，所述坩堝預處理步驟中，將鎢鉬合金噴涂至石墨坩堝內表面，在石墨坩堝內表面形成鎢鉬涂層，得到鎢鉬涂層坩堝。利用上述GaAs單晶生長方法制得的GaAs單晶，平均位錯腐蝕坑密度低至343/cm2。本申請提供的GaAs單晶生長方法獲得的GaAs單晶成晶質量好，位錯密度優異。

技術領域

本申請涉及晶體生長的技術領域，更具體地說，涉及一種GaAs單晶的生長方法。

背景技術

砷化鎵(GaAs)作為一種半導體材料，具有直接的帶隙，且飽和電子速度和電子遷移率高，常用于制作微波集成電路、紅外線發光二極管、半導體激光器和太陽電池等元件。GaAs制成的電子器件頻率響應好、工作效率快、工作頻率高，且具有寬泛的工作溫度范圍，GaAs是繼Si材料之后成為制作現代超高速電子器件和電路最重要的半導體材料。

目前，工業上應用較多的GaAs單晶生長工藝為垂直布里奇曼法(VB)和垂直梯度凝固法(VGF)。上述相關技術中，GaAs單晶生長裝載熔體的容器多選用PBN坩堝。但PBN坩堝制備的化合物半導體晶體的重現性較差，在坩堝多次使用以后會出現多晶、孿晶、位錯缺陷等問題，從而影響GaAs單晶的成晶質量。

發明內容

為了提高GaAs單晶的成晶質量，本申請提供一種GaAs單晶的生長方法。

第一方面，本申請提供一種GaAs單晶的生長方法，采用如下的技術方案：

一種GaAs單晶生長方法，包括以下步驟：坩堝預處理、生長準備、晶體生長以及退火處理；其中，所述坩堝預處理步驟中，將鎢鉬合金噴涂至石墨坩堝內表面，在石墨坩堝內表面形成鎢鉬涂層，得到鎢鉬涂層坩堝。

本申請提供的GaAs單晶生長方法，首先對坩堝進行預處理，經過坩堝預處理后獲得鎢鉬涂層坩堝；然后將籽晶、CaAs多晶材料以及液封材料依次裝入鎢鉬涂層坩堝內，并將鎢鉬涂層坩堝置于晶體生長爐內的升降臺上。由于鎢鉬涂層坩堝的環境溫度由晶體生長爐的爐內溫度決定，晶體生長爐自上而下溫度逐漸降低，且晶體生長爐自上而下依次分為高溫區、恒溫區和低溫區，將鎢鉬涂層坩堝調整至高溫區，在高溫區的溫度下，鎢鉬涂層坩堝內的CaAs多晶材料、液封材料會被熔化，分別成為CaAs熔體、液封劑，液封劑覆蓋在CaAs熔體的表面，同時籽晶的頂部也會發生熔化。待籽晶的頂部發生熔化后，開啟升降臺使鎢鉬涂層坩堝自高溫區降至恒溫區，并在恒溫區以一定速率下降并旋轉，下降過程中隨著溫度的降低，晶體從籽晶頂部開始向上結晶生長；待CaAs熔體全部結晶后，將鎢鉬涂層坩堝移至低溫區保溫，然后以一定速率降至室溫，取出晶體，即為制得的GaAs單晶。

本申請提供的GaAs單晶生長方法采用了一種鎢鉬涂層坩堝。由于晶體生長過程中，晶體和坩堝內壁接觸，使得晶體容易產生熱應力，導致晶體產生多晶、孿晶、位錯等缺陷。而鎢鉬合金作為一種合金材料，具有耐高溫、抗氧化、密封嚴的特性，噴涂于坩堝內表面可作為表皮保護層，避免GaAs熔體與坩堝的直接接觸，緩解GaAs單晶生長過程中產生多晶、孿晶、位錯等缺陷，進而提高GaAs單晶的成晶質量。

晶體生長工藝采用的是垂直梯度凝固法(VGF)和垂直布里奇曼法(VB)。首先將籽晶放置在鎢鉬涂層坩堝底部，在籽晶上面配置單晶材料以及液封劑，在一定溫度下將單晶材料溶解為GaAs熔體，然后在垂直溫度梯度下，自GaAs熔體的底部向上生長晶體。上述晶體生長工藝具有設備成本低，長晶速度慢，單晶直徑大，熱應力小等特點。

優選的，液封材料可以是氧化硼材料。

采用氧化硼材料對GaAs熔體進行液封，減少GaAs熔體中As的揮發，進而提高GaAs單晶的成晶率。

優選的，所述鎢鉬涂層中包含以下化學成分；按質量百分比計，鎢25-45％、鉬55％-75％。