一种降低半绝缘磷化铟单晶深能级补偿缺陷的方法技术

一种降低半绝缘磷化铟单晶深能级补偿缺陷的方法，包括以下步骤：对半绝缘磷化铟单晶进行表面处理；选取与半绝缘磷化铟单晶的尺寸匹配的石英管，进行清洗烘干待用；将该半绝缘磷化铟单晶放入石英管内，并放入一定量的高纯红磷和铁粉；对装有半绝缘磷化铟单晶和高纯红磷及铁粉的石英管进行抽真空，并封口；将装有半绝缘磷化铟单晶和高纯红磷及铁粉的石英管放入高温退火炉内，在磷气氛和磷化铁气氛共同存在的气氛下高温退火。本发明专利技术的降低半绝缘磷化铟单晶深能级缺陷的方法将半绝缘InP晶体在P和FeP2气氛下退火处理，能显著的减少InP晶片的深能级缺陷，可以获得电学性能优异、热稳定性好的半绝缘lnP单晶。

A method to reduce deep level compensation defects in semi insulating InP Single Crystals

A method for reducing the deep-level compensation defect of semi-insulating indium phosphide single crystal includes the following steps: surface treatment of semi-insulating indium phosphide single crystal; cleaning and drying of quartz tube matching the size of semi-insulating indium phosphide single crystal; placing the semi-insulating indium phosphide single crystal in quartz tube and putting a certain amount into it. High-purity red phosphorus and iron powder; quartz pipes with semi-insulated indium phosphide single crystals and high-purity red phosphorus and iron powder were vacuum-pumped and sealed; quartz pipes with semi-insulated indium phosphide single crystals and high-purity red phosphorus and iron powder were annealed in a high-temperature annealing furnace in the atmosphere of both phosphorus and iron phosphide. The method of reducing deep-level defects of semi-insulating indium phosphide single crystal by annealing semi-insulating InP crystal in P and FeP2 atmosphere can significantly reduce deep-level defects of InP wafer, and can obtain semi-insulating lnP single crystal with excellent electrical properties and good thermal stability.

【技术实现步骤摘要】
一种降低半绝缘磷化铟单晶深能级补偿缺陷的方法
本专利技术涉及半导体材料制备领域，具体地说，涉及一种降低半绝缘磷化铟单晶深能级补偿缺陷的方法。
技术介绍
半绝缘InP(磷化铟)单晶衬底可以广泛应用于微电子和光电子器件。随着器件性能和可靠性的提高，要求半绝缘InP单晶材料具有较低的缺陷浓度及优良的电学均匀性和稳定性。在半绝缘InP单晶在生长过程中产生了各种缺陷，如位错、杂质沉积以及填隙、空位和反位等点缺陷，这些缺陷显著的影响单晶的电学性质。目前单晶生长技术有显著的改进，使得半绝缘InP单晶中的位错密度和杂质沉积浓度显著降低，但是材料中深能级点缺陷的存在，成为影响半绝缘InP单晶电学性质的重要因素。通过抑制深能级缺陷的产生将有效地提高材料的质量。一般情况下生长的半绝缘lnP单晶材料中存在大量的深能级缺陷，其降低了单晶材料的质量和性能。研究发现，Fe(铁)在InP中产生了位于禁带中央附近的深受主能级，通过俘获电子补偿材料中的施主杂质，使得InP具有半绝缘性质。Fe在InP中有两个价态：Fe2+和Fe3+。Fe3+是中性的，Fe2+是Fe3+俘获一个电子后的电离态，因此在半绝缘InP中Fe2+的浓度等于净浅施主的浓度，这是半绝缘InP材料中必须满足的基本的补偿条件。通过适当的退火处理，提高铁占据铟位成为深受主的激活效率，可以有效地抑制这些深能级缺陷的产生。退火后，原生样品中深能级补偿缺陷被消除。随着深能级缺陷被消除，半绝缘InP的补偿度增大，电阻率和迁移率增加，因此在适当的条件下对对半绝缘InP材料进行退火处理可以消除残留的深能级缺陷，提高其电学性质。高温退火时晶片处于真空环境中，而InP在高温下表面容易离解。如果在磷气氛下进行退火，离解现象会得到缓解，但是危险性提高，不容易控制石英管内外压差，容易炸裂。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种降低半绝缘磷化铟单晶深能级缺陷的方法，以降低半绝缘InP中深能级缺陷浓度，提高材料的电学性能。一种降低半绝缘磷化铟单晶深能级补偿缺陷的方法，包括以下步骤：步骤1：对半绝缘磷化铟单晶进行表面处理；步骤2：选取与半绝缘磷化铟单晶的尺寸匹配的石英管，进行清洗烘干待用；步骤3：将该半绝缘磷化铟单晶放入石英管内，并放入一定量的高纯红磷和铁粉；步骤4：对装有半绝缘磷化铟单晶和高纯红磷及铁粉的石英管进行抽真空，并封口；步骤5：将装有半绝缘磷化铟单晶和高纯红磷及铁粉的石英管放入高温退火炉内，在磷气氛和磷化铁气氛共同存在的气氛下高温退火。优选地，在步骤1中，采用有机溶剂对半绝缘磷化铟单晶进行超声处理，并用去离子水冲洗干净，烘干备用。优选地，所述有机溶剂是酒精、石油醚、丙酮中至少一种。优选地，在步骤4中，在抽真空之前，先将封泡放置于石英管管口，其中，封泡是指外径小于石英管内径的一段封闭的管体。优选地，石英管和封泡的清洗方法是用王水浸泡，然后用去离子水进行冲洗干净并烘干备用。优选地，在步骤5中，将石英管放置在恒温区，使半绝缘磷化铟单晶在900-1000度的高温下热处理80-100小时。优选地，在步骤S4中，采用真空泵对石英管内抽真空，使得石英管内的压力小于或等于10-5Pa。优选地，在步骤S4中，抽真空后，采用氢氧焰烧结石英管进行封口。优选地，在步骤3中，在石英管内放入6N纯度的高纯红磷和5N纯度的铁粉。优选地，步骤3中，红磷和铁粉所占的比例均是3％～6％。本专利技术的降低半绝缘磷化铟单晶深能级缺陷的方法将半绝缘InP晶体在P和FeP2气氛下退火处理，能显著的减少InP晶片的深能级缺陷，可以获得电学性能优异、热稳定性好的半绝缘lnP单晶。附图说明通过结合下面附图对其实施例进行描述，本专利技术的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。图1是表示本专利技术实施例的降低半绝缘磷化铟单晶深能级缺陷的方法工艺步骤图。具体实施方式下面将参考附图来描述本专利技术所述的降低半绝缘磷化铟单晶深能级缺陷的方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本专利技术的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。本专利技术提供了一种降低半绝缘磷化铟单晶深能级缺陷的方法，包括如下步骤：步骤1：对半绝缘InP单晶进行表面处理；步骤2：选取与半绝缘InP单晶的尺寸匹配的石英管，进行清洗烘干待用；步骤3：将该半绝缘InP单晶放入石英管内，并放入一定量的高纯红磷和铁粉，其中，红磷和铁粉所占的比例均是3％～6％，使石英管内气氛为P气氛和FeP2(磷化铁)气氛共同存在；步骤4：对装有半绝缘InP单晶和高纯红磷及铁粉的石英管进行抽真空，并封口；步骤5：将装有半绝缘InP单晶和高纯红磷及铁粉的石英管放入高温退火炉内进行热处理。本实施例在P气氛和FeP2气氛下对半绝缘InP晶体进行退火，P气氛的存在防止高温时InP表面离解，而FeP2气氛的存在使得Fe原子在填隙-替位扩散过程占据In原子的晶格位置，使Fe原子能够充分占据In，深能级缺陷被有效地抑制，材料的电学补偿度得到保证，其电学性质较好。优选地，在步骤1中采用有机溶剂对半绝缘InP单晶进行超声处理，并用去离子水冲洗干净，甩干备用。其中，所述有机溶剂是酒精，石油醚，丙酮中至少一种。优选地，在步骤4中，在抽真空之前，先将封泡放置于石英管管口。其中，封泡是指外径小于石英管内径的一段封闭的管体。优选地，石英管和封泡的清洗方法是采用清洗剂擦洗，再用王水浸泡，然后用去离子水进行冲洗干净并烘干备用。优选地，在步骤5中，将石英管放置在恒温区，半绝缘InP单晶在P(磷)气氛和FeP2气氛共同存在的气氛下，在900-1000度的高温下热处理80-100小时。优选地，在步骤S4中，采用真空泵对石英管内抽真空。优选地，在步骤S4中，抽真空后，采用氢氧焰烧结石英管进行封口。下面以示例性的参数来具体说明实例。选取半绝缘InP单晶片，其室温自由电子浓度在(6-20)E08cm-3，电阻率在(2-24)E07ohm-cm，厚度在0.4-0.6mm。将半绝缘InP单晶片放入预先清洗烘干的石英管内，同时放入一定量的6N的高纯红磷和5N的铁粉，使得在高温退火过程中，石英管内气氛为P气氛和FeP2气氛共同存在，P气氛的存在防止高温时InP表面离解，而FeP2气氛的存在使得Fe原子在填隙-替位扩散过程占据In原子的晶格位置，抑制了与铟有关的缺陷的产生，从而降低InP单晶中深能级缺陷。然后将石英管进行抽真空达到10-5Pa，在用氢氧焰对石英管进行密封，然后将石英管放入退火炉内的恒温区进行热处理。退火时间为80h，退火温度为940度。将热处理后的InP晶片进行热激电流谱(TSC)测试，并与处理前的晶片的TSC测试结果进行比较，可以发现在P气氛和FeP2气氛共同存在的气氛下高温退火后，半绝缘磷化铟晶片的深能级缺陷显著的减少。从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的降低半绝缘磷化铟单晶深能级缺陷的方法将半绝缘InP晶体在P和FeP2气氛下退火处理，能显著的减少InP晶片的深能级缺陷，可以获得电学性能优异、热稳定性好的半绝缘lnP单晶。以上所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低半绝缘磷化铟单晶深能级补偿缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对半绝缘磷化铟单晶进行表面处理；步骤2：选取与半绝缘磷化铟单晶的尺寸匹配的石英管，进行清洗烘干待用；步骤3：将该半绝缘磷化铟单晶放入石英管内，并放入一定量的高纯红磷和铁粉；步骤4：对装有半绝缘磷化铟单晶和高纯红磷及铁粉的石英管进行抽真空，并封口；步骤5：将装有半绝缘磷化铟单晶和高纯红磷及铁粉的石英管放入高温退火炉内，在磷气氛和磷化铁气氛共同存在的气氛下高温退火。

【技术特征摘要】
1.一种降低半绝缘磷化铟单晶深能级补偿缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对半绝缘磷化铟单晶进行表面处理；步骤2：选取与半绝缘磷化铟单晶的尺寸匹配的石英管，进行清洗烘干待用；步骤3：将该半绝缘磷化铟单晶放入石英管内，并放入一定量的高纯红磷和铁粉；步骤4：对装有半绝缘磷化铟单晶和高纯红磷及铁粉的石英管进行抽真空，并封口；步骤5：将装有半绝缘磷化铟单晶和高纯红磷及铁粉的石英管放入高温退火炉内，在磷气氛和磷化铁气氛共同存在的气氛下高温退火。2.根据权利要求1所述的降低半绝缘磷化铟单晶深能级补偿缺陷的方法，其特征在于，在步骤1中，采用有机溶剂对半绝缘磷化铟单晶进行超声处理，并用去离子水冲洗干净，烘干备用。3.根据权利要求2所述的降低半绝缘磷化铟单晶深能级补偿缺陷的方法，其特征在于，所述有机溶剂是酒精、石油醚、丙酮中至少一种。4.根据权利要求1所述的降低半绝缘磷化铟单晶深能级补偿缺陷的方法，其特征在于，在步骤4中，在抽真空之前，先将封泡放置于石英管管口，其中，封泡是指外径小于石英管内径的一段...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢辉，赵有文，董志远，刘京明，
申请(专利权)人：北京鼎泰芯源科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11