一种掺铁磷化铟单晶片的退火方法技术

本发明专利技术公开了一种掺铁磷化铟单晶片的退火方法，包括以下步骤：S1选用掺铁磷化铟单晶片；S2将所述掺铁磷化铟单晶片以及红磷间隔放入石英管中；S3将所述石英管抽真空并封闭；S4将封闭的石英管放入退火炉中退火。本发明专利技术通过对掺铁磷化铟单晶片进行退火处理，有效去除磷化铟单晶材料中的杂质聚集，降低复合体缺陷，克服掺铁磷化铟晶体材料掺铁浓度高、均匀性和稳定性差等缺点，有效提高铁的激活效率，提高材料电阻率，从而提高掺铁磷化铟单晶材料的半绝缘性和稳定性。

An annealing method for iron doped indium phosphide single crystal

【技术实现步骤摘要】
一种掺铁磷化铟单晶片的退火方法
本专利技术涉及半导体
，具体地，涉及一种掺铁磷化铟单晶片的退火方法。
技术介绍
由于半导体晶片在电子、通讯及能源等多种领域中的应用，使得半导体晶片的发展受到越来越多的关注。半绝缘磷化铟(InP)晶体是重要的化合物半导体材料，与砷化镓(GaAs)相比，其优越性主要在于饱和电子漂移速度高、导热性好及抗辐射性能强等，因此，磷化铟晶片通常用于制造高频、高速和大功率微波器件和电路。InP作为衬底材料已在多个领域得到广泛应用，毫米波异质结双极晶体管(HBT)、高电子迁移率晶体管(HEMT)和单片电路等。这些器件将是区域电子对抗、预警系统、高性能雷达、卫星系统和精确制导武器等的关键部件。半绝缘InP单晶通常是通过掺杂铁(Fe)来实现的，铁在磷化铟中通过占据铟(In)位，产生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，从而降低载流子浓度赋予磷化铟半绝缘性质。通过垂直梯度凝固法(VGF，verticalgradientfreezemethod)生长制备的掺铁InP材料，Fe的替位激活主要通过填隙-跳跃机制，但Fe原子易在位错周围聚集，与空位形成复合体缺陷、占据填隙位等，从而减低Fe的激活率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种掺铁磷化铟单晶片的退火方法，对掺铁磷化铟单晶片进行退火处理，降低铁的掺杂浓度，提高铁占铟位，来提高铁的激活效率，从而提高掺铁磷化铟的均匀性及热稳定性，降低材料缺陷密度，提高材料电阻率。为了实现上述目的，本专利技术的目的是提供一种掺铁磷化铟单晶片的退火方法，包括以下步骤：S1选用掺铁磷化铟单晶片；S2将所述掺铁磷化铟单晶片以及红磷间隔放入石英管中；S3将所述石英管抽真空并封闭；S4将封闭的石英管放入退火炉中退火。优选地，步骤S1包括以下处理步骤：切割掺铁磷化铟晶体得到掺铁磷化铟单晶片；清洁切割成的掺铁磷化铟单晶片，清洁后的掺铁磷化铟单晶片即选用的掺铁磷化铟单晶片。进一步地，优选地，清洁切割成的所述掺铁磷化铟单晶片包括如下步骤：S11用腐蚀液腐蚀切割成的掺铁磷化铟单晶片；S12用去离子水清洗经过腐蚀的掺铁磷化铟单晶片；S13用氮气吹干经过清洗的掺铁磷化铟单晶片。进一步地，通过垂直梯度凝固法制备所述掺铁磷化铟晶体，所述掺铁磷化铟晶体的铁掺杂浓度大于或等于3×1016cm-3，位错密度小于或等于1000cm-2。进一步地，步骤S11中，所述腐蚀液包括盐酸和硝酸，所述盐酸和所述硝酸的体积比为3:1，腐蚀时间为2分钟。优选地，所述红磷的纯度大于6N，所述红磷的使用量按照理想气体方程，根据红磷的蒸汽压105帕、所述石英管的有效容积、退火温度进行计算。优选地，步骤S2中，将所述掺铁磷化铟单晶片间隔放置在所述石英管中的石英样品架上。优选地，步骤S2中，所述红磷放入石英容器中，将所述石英容器放入所述石英管中。优选地，步骤S3中，所述石英管的真空度小于或等于10-1帕。优选地，步骤S4中，退火温度为850～900℃，恒温时间为60小时，升温速率为5℃/分钟，降温速率为0.5℃/分钟。本专利技术具有以下优点和有益效果：本专利技术通过对掺铁磷化铟单晶片进行高温退火处理，可有效地去除掺铁磷化铟单晶材料中的杂质聚集，降低复合体缺陷，通过Fe原子扩散过程中的“踢出-替位”机制，增加Fe占据In位，提高Fe的激活效率，降低材料缺陷密度，增大材料电阻率，克服掺铁磷化铟材料掺铁浓度高，均匀性和热稳定性差的缺点，从而有效提高掺铁磷化铟单晶材料的半绝缘特性和稳定性。附图说明图1是本专利技术所述掺铁磷化铟单晶片的退火方法的流程示意图；图2是本专利技术对所述掺铁磷化铟单晶片清洁的流程示意图；图3是本专利技术退火装置示意图。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。下面结合图1-图3来详细说明本专利技术。图1是本专利技术所述掺铁磷化铟单晶片的退火方法的流程示意图，图3是本专利技术退火装置示意图，如图1和图3所示，该退火方法包括以下步骤：S1选用掺铁磷化铟单晶片1；S2将所述掺铁磷化铟单晶片1以及红磷2间隔放入石英管3中；S3将所述石英管3抽真空并封闭；S4将封闭的石英管3放入退火炉中退火。对掺铁磷化铟单晶片进行退火处理，可有效去除掺铁磷化铟单晶材料中的杂质聚集，降低复合体缺陷，克服掺铁磷化铟晶体材料掺铁浓度高、均匀性和稳定性差等缺点，有效提高铁的激活效率，提高材料电阻率，从而提高掺铁磷化铟单晶材料的半绝缘性和稳定性。优选地，步骤S1中，选用的所述掺铁磷化铟单晶片的铁掺杂浓度大于或等于3×1016cm-3，位错密度小于或等于1000cm-2。优选地，步骤S1中，对掺铁磷化铟单晶材料进行处理，使得选用的掺铁磷化铟单晶片1便于放置于石英管3中，具体地，包括以下处理步骤：首先，切割掺铁磷化铟晶体得到掺铁磷化铟单晶片，然后，清洁切割成的掺铁磷化铟单晶片，清洁后的掺铁磷化铟单晶片即选用的掺铁磷化铟单晶片。优选地，通过垂直梯度凝固法制备所述掺铁磷化铟晶体，掺铁磷化铟晶体的铁掺杂浓度大于或等于3×1016cm-3，位错密度小于或等于1000cm-2。进一步地，图2是本专利技术对所述掺铁磷化铟单晶片清洁的流程示意图，如图2所示，清洁切割成的所述掺铁磷化铟单晶片包括以下处理步骤：S11用腐蚀液腐蚀切割成的掺铁磷化铟单晶片；S12用去离子水清洗经过腐蚀的掺铁磷化铟单晶片；S13用氮气吹干经过清洗的掺铁磷化铟单晶片。其中，步骤S11中，腐蚀液腐蚀掺铁磷化铟单晶片，以便去除切割后在掺铁磷化铟单晶片表面形成的机械损伤和应力层，清洁单晶片表面。优选地，腐蚀液包括盐酸和硝酸，盐酸和硝酸的体积比为3:1，腐蚀时间为2分钟。本专利技术对于切割成的掺铁磷化铟单晶片的清洁方法有多种，而不限于此。对于经过处理的掺铁磷化铟单晶片1可以间隔放置于石英样品架5上，将掺铁磷化铟单晶片1以及石英样品架5一同放入石英管3中，使得每个掺铁磷化铟单晶片1彼此隔开，以保证退火的均匀性。步骤S2中，在石英管3中放入一定量的红磷2，以保证石英管3中一定的磷蒸汽压，抑制磷化铟单晶片1的解离，优选地，选用的红磷2的纯度大于6N(99.9999％)，红磷2的使用量按照理想气体方程，根据红磷的蒸汽压105帕(Pa)、石英管3的有效容积以及退火温度进行估算，以避免退火时石英管内的磷蒸汽压过大或过小。优选地，红磷可以选用块状红磷或者磷粉，将红磷放入石英容器中，将红磷连同石英容器一起放入石英管3中。步骤S3中，将石英管3抽真空并封闭，优选地，使用机械泵将石英管3抽真空，使得石英管3的真空度小于或等于10-1帕，并使用石英封泡4密封石英管3。步骤S4中，将封闭的石英管3放入退火炉中退火，优选地，退火温度为850～900℃，恒温时间为60小时，升温速率为5℃/分钟，降温速率为0.5℃/分钟。实施例：本专利技术对掺铁磷化铟单晶片进行退火处理，具体步骤如下：首先，选用VGF法制备的掺铁磷化铟材料，铁掺杂浓度大于或等于3×1016cm-3，位错本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺铁磷化铟单晶片的退火方法，其特征在于，包括以下步骤：S1选用掺铁磷化铟单晶片；S2将所述掺铁磷化铟单晶片以及红磷间隔放入石英管中；S3将所述石英管抽真空并封闭；S4将封闭的石英管放入退火炉中退火。

【技术特征摘要】
1.一种掺铁磷化铟单晶片的退火方法，其特征在于，包括以下步骤：S1选用掺铁磷化铟单晶片；S2将所述掺铁磷化铟单晶片以及红磷间隔放入石英管中；S3将所述石英管抽真空并封闭；S4将封闭的石英管放入退火炉中退火。2.根据权利要求1所述的掺铁磷化铟单晶片的退火方法，其特征在于，步骤S1包括以下处理步骤：切割掺铁磷化铟晶体得到掺铁磷化铟单晶片；清洁切割成的掺铁磷化铟单晶片，清洁后的掺铁磷化铟单晶片即选用的掺铁磷化铟单晶片。3.根据权利要求2所述的掺铁磷化铟单晶片的退火方法，其特征在于，清洁切割成的所述掺铁磷化铟单晶片包括如下步骤：S11用腐蚀液腐蚀切割成的掺铁磷化铟单晶片；S12用去离子水清洗经过腐蚀的掺铁磷化铟单晶片；S13用氮气吹干经过清洗的掺铁磷化铟单晶片。4.根据权利要求2所述的掺铁磷化铟单晶片的退火方法，其特征在于，通过垂直梯度凝固法制备所述掺铁磷化铟晶体，所述掺铁磷化铟晶体的铁掺杂浓度大于或等于3×1016cm-3，位错密度小于或等于1000cm-2。5.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：段满龙，赵有文，杨俊，卢伟，
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