[發(fā)明專利]磷化銦多晶料VGF或VB法生長(zhǎng)單晶的裝料方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210506066.2
• 申請(qǐng)日: 2022-05-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114808130A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙興凱;邱鋒;權(quán)忠朝;韋華;葉曉達(dá);柳旭;徐仁勇;劉文斌;韓家賢;王順金;李國(guó)芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 云南鑫耀半導(dǎo)體材料有限公司;云南中科鑫圓晶體材料有限公司;云南臨滄鑫圓鍺業(yè)股份有限公司
• 主分類號(hào): C30B29/40
• 分類號(hào): C30B29/40;C30B11/04
• 代理公司: 昆明祥和知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 53114
• 代理人: 和琳

磷化銦多晶料VGF或VB法生長(zhǎng)單晶的裝料方法，涉及半導(dǎo)體材料單晶生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種VGF法磷化銦單晶生長(zhǎng)所需的多晶料及輔料的裝料方法。本發(fā)明通過(guò)合理分配磷化銦多晶料的裝料配比和不同尺寸料塊的裝料位置，以及紅磷、摻雜劑和液封劑的用量及放置位置，有助于磷化銦多晶原料的快速熔化、摻雜劑的均勻分布、液封劑的有效侵潤(rùn)和紅磷的蒸氣壓控制，有效提高磷化銦單晶的電阻率、載流子濃度、電子遷移率的均勻性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料單晶生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種VGF或VB法磷化銦單晶生長(zhǎng)所需的多晶料及輔料的裝料方法。

背景技術(shù)

隨著科技的不斷發(fā)展，磷化銦單晶材料已成為繼砷化鎵材料之后的又一重要的半導(dǎo)體材料。磷化銦單晶按電學(xué)性質(zhì)分為N型、P型和半絕緣型。N型磷化銦單晶主要通過(guò)摻S或Sn制備，主要應(yīng)用于光纖通信領(lǐng)域中的高速光電器件，如激光二極管、發(fā)光二極管、光探測(cè)器等。P型磷化銦通過(guò)摻雜Zn來(lái)制備，主要應(yīng)用于空間高效抗輻射太陽(yáng)能電池。半絕緣(SI)磷化銦單晶主要通過(guò)摻Fe和高溫退火非摻雜磷化銦兩種方法制備，電阻率在1×10⁷-1×10⁸Ω·cm，多用于低噪聲和寬帶微波器件、末制導(dǎo)和抗干擾毫米波電子器件及光電集成電路等。

磷化銦在達(dá)到其熔點(diǎn)(1062℃)時(shí)，磷的離解壓很高，約27.5atm，因此，通常是先在高壓爐內(nèi)使用高純銦和高純紅磷先合成磷化銦多晶，再進(jìn)行單晶生長(zhǎng)。目前實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的磷化銦單晶生長(zhǎng)方法主要有垂直梯度凝固法(VGF)、垂直布里奇曼法(VB)和液封直拉法(LEC)，其中垂直梯度凝固法和垂直布里奇曼法由于可以在單晶生長(zhǎng)時(shí)獲得更低的溫度梯度，大大減小了晶體所受的熱應(yīng)力，所生長(zhǎng)的磷化銦單晶中，位錯(cuò)密度比液封直拉法低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。所以目前更為主流的磷化銦單晶生長(zhǎng)方法是VGF或VB法。

VGF需要將磷化銦多晶料、摻雜劑及籽晶等裝入坩堝內(nèi)，然后又將坩堝裝入石英安瓿瓶?jī)?nèi)進(jìn)行密封，最后將裝好的石英安瓿瓶放入VGF單晶爐內(nèi)進(jìn)行單晶生長(zhǎng)。由于磷化銦是在27.5atm的壓力下進(jìn)行單晶生長(zhǎng)的，需要在裝料時(shí)按安瓿瓶剩余空間大小，裝入一定量配比的紅磷，保證揮發(fā)性組元磷的蒸氣壓控制，晶體表面不會(huì)發(fā)生離解。VGF法是通過(guò)設(shè)計(jì)特定的溫度分布，即溫度梯度和多段加熱器的降溫，使固液界面以一定速度由下往上“移動(dòng)”，單晶從籽晶處由下往上生長(zhǎng)。

在VGF法或VB法磷化銦單晶的實(shí)際生產(chǎn)中，合理分配磷化銦多晶料的裝料配比和不同尺寸料塊的裝料位置，以及紅磷、摻雜劑和液封劑的用量和放置位置，有助于多晶原料的快速熔化、摻雜劑的均勻分布、液封劑的有效浸潤(rùn)和紅磷的蒸氣壓控制，有效提高晶體電阻率、載流子濃度、電子遷移率的均勻性，提高單晶生長(zhǎng)的成功率和晶體質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種磷化銦多晶料VGF或VB法生長(zhǎng)單晶的裝料方法，可實(shí)現(xiàn)合理分配磷化銦多晶料的裝料配比，以及不同尺寸料塊在坩堝內(nèi)合理放置，在VGF或VB單晶爐熔料過(guò)程中，坩堝錐形頂部的料塊有效保護(hù)籽晶不被熔體浸潤(rùn)，并有助于磷化銦多晶原料的快速熔化、摻雜劑的均勻分布、液封劑的有效侵潤(rùn)和紅磷的蒸氣壓控制。有效提高磷化銦單晶的電阻率、載流子濃度、電子遷移率的均勻性。

磷化銦多晶料VGF或VB法生長(zhǎng)單晶的裝料方法，所需裝入坩堝的物料包括磷化銦多晶料、籽晶、摻雜劑、液封劑和紅磷，其特征在于：

裝入物料，由下至上依次為籽晶堵頭、籽晶、第一弓形料、第一圓形料、第一多晶料塊、第二多晶料塊、第三多晶料塊、第四多晶料塊，第一至四多晶料塊由圓形料和弓形料組成，第四多晶料中圓形料頂部開(kāi)三個(gè)圓柱形孔；三個(gè)孔呈等邊三角形均勻分布，用于放置摻雜劑。

所述第一弓形料的拱高為坩堝放肩高度的40％，厚度為坩堝直徑的30％；第一圓形料的直徑為坩堝直徑的70％，厚度為坩堝放肩高度的25％；第一至四多晶料塊中，圓形料的直徑為坩堝直徑的70％，厚度為不超過(guò)坩堝等徑高度的25％，弓形料的拱高為坩堝直徑的30％，厚度為不超過(guò)坩堝等徑高度的25％。

所述的第一弓形料經(jīng)過(guò)切磨處理，與坩堝錐部貼合。