一种掺杂砷化镓单晶晶体生长工艺制造技术

本发明专利技术涉及半导体材料制备技术领域，更具体而言，涉及一种掺杂砷化镓单晶晶体生长工艺，通过在多晶合成、单晶生长两个环节中添加与氧反应活性大的物资吸收了环境中及砷、镓以及石英管在高温过程中释放的氧，避免了氧对进入多晶及单晶。极大减弱了氧污染对材料性能的影响。多晶合成过程中进行Si掺杂，实现硅进入砷化镓并进行有效的占位，没有氧化硼的存在，多晶合成不会导致B对多晶的污染。单晶生长过程中在石英管中放置C、Al或Ti吸收石英管内的氧，控制单晶中的氧含量，不再添加多晶已掺杂的杂质。单晶生长时放入氧化硼提高单晶率的同时，实现对杂质的选择性吸附。达到需要的晶体性能。

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂砷化镓单晶晶体生长工艺
本专利技术涉及半导体材料制备
，更具体而言，涉及一种掺杂砷化镓单晶晶体生长工艺。
技术介绍
砷化镓(GaAs)材料是继硅单晶之后第二代新型化合物半导体中最重要的材料。其性能优异，电子迁移率和光电转化效率高，在微电子和光电子领域应用广泛。单晶衬底已用于制造高亮度LED、大功率LD、微波功率器件和单片电路等广泛应用在发光显示、光存储、移动通信、国防装备、航天等领域。此外GaAs基太阳能电池的转换效率高具备良好的抗辐照能力成为新一代高性能、长寿命空间主电源随着GaAs单晶衬底在光电子、微电子和太阳能电池等领域的广泛应用人们对单晶质量的要求日益提高以不断提高器件的性能和可靠性。Si的原子半径为113pm(共价半径)，AS的原子半径为120pm，Ga的原子半径为126pm。由于Si的原子半径与As、Ga相近，因此在GaAs材料中它有可能替代Ga原子成为施主杂质，也有可能替代As原子而成为受主杂质。硅在多晶中有多中存在位置：a、硅取代镓位SiGa；b、硅取代砷位SiAs；c、硅坠饰在晶界或者大晶粒位错附近，没有占据晶格位置SiV空。硅首先倾向于占据镓位，随着掺硅量的增加硅占据砷位的比例开始提升。硅在多晶中的分布就是这种分布。如果在VGF单晶生长的过程中掺硅，由于单晶生长过程中需要氧化硼，氧化硼的存在导致大量的B进入熔体，导致B污染。
技术实现思路
为了克服现有技术中所存在的不足，本专利技术提供一种掺杂砷化镓单晶晶体生长工艺。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种掺杂砷化镓单晶晶体生长工艺，包括以下步骤：S1、多晶合成：（1）装料：将高纯砷和高纯镓按（1.15~1.1）:1的比例按操作规程对应放入清洁的第一PBN舟、第二PBN舟内；将需要掺杂的硅放入装有镓的PBN舟地尾端；将第一PBN舟与第二PBN舟内放至水平的石英管内；所述第一PBN舟与第二PBN舟距离在200~400mm，保证第一舟与第二舟之间有足够的温度差；在石英管的空余位置放入C、Ti、Al中的一种或多种5~100g；用于吸收石英管内的氧，避免氧进入砷化镓多晶中；（2）烤料：将装好料的石英管放置在烤炉上调整石英管管帽后上卡头拧紧，盖上烤炉盖，将石英管抽真空，真空度为（1~9*10-4）~（1~9*10-2）Pa，烘烤2~4h；（3）焊管：关闭烤炉电源开始降温，打开炉盖，将石英管缠上湿的隔热棉，戴上手套，先开氢气点火、后打开氧气调火、小火预热1分钟以上，将石英管管体与管帽完全焊接住；（4）进炉：把封好的石英管按工艺要求放置到合成炉内；（5）合成多晶：将第一PBN舟加热到620～660℃，将第二PBN舟加热到1245～1340℃，保温2～4小时，合成砷化镓多晶；然后通过程序控制石英管内的温度梯度，使第二PBN舟从头到尾温度呈梯度下降，水平冷凝速率为4～6cm/h，温度下降梯度为2～4℃/cm；（6）多晶冷却出炉：通过程序控制降温速率，石英管降温至200℃以下时，取出掺杂硅的砷化镓多晶，冷却；S2、单晶生长（1）装料：将掺杂硅的砷化镓多晶与氧化硼置于坩埚中，将坩埚装入单晶石英管中；将氧化硼按照传统工艺放置在坩埚的肩部及等径部位，在石英管的空余位置放置C、Ti、Al中的一种或多种5~100g；C、Ti、Al用于吸收石英管内的氧，避免氧进入砷化镓单晶中；（2）装炉：将装好料的单晶石英管按照传统VGF工艺装入单晶炉。（3）长晶：装炉完成后，按照传统VGF工艺完成单晶生长。进一步地，所述S2单晶生长步骤中砷化镓多晶重量为2kg，用于制得2寸砷化镓单晶。进一步地，所述砷化镓单晶硅掺杂量为0.2~5g。进一步地，所述S2单晶生长步骤中砷化镓多晶重量为10kg，用于制得4寸砷化镓单晶。进一步地，所述砷化镓单晶硅掺杂量为0.4~10g。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术提供了一种掺杂砷化镓单晶晶体生长工艺，通过在多晶合成、单晶生长两个环节中添加与氧反应活性大的物资（炭、钛、铝等）吸收了环境中及砷、镓以及石英管在高温过程中释放的氧，避免了氧对进入多晶及单晶。极大减弱了氧污染对材料性能的影响。多晶合成过程中进行Si掺杂，实现硅进入砷化镓并进行有效的占位，没有氧化硼的存在，多晶合成不会导致B对多晶的污染。单晶生长过程中在石英管中放置C、Al或Ti吸收石英管内的氧，控制单晶中的氧含量，不再添加多晶已掺杂的杂质。单晶生长时放入氧化硼提高单晶率的同时，实现对杂质的选择性吸附。达到需要的晶体性能。采用本专利技术合成的多晶，产品中氧含量低，相对VB法高的多的含量的掺杂剂；单晶产品，具有低的氧含量，低的硼含量，高的迁移率，与单晶生长掺杂硅相比，较低的掺杂量达到高的CC值。硅具有高的有效激活率。附图说明图1为多晶合成在多晶石英管中原料放置示意图；图2为单晶合成在单晶石英管中原料放置示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种掺杂砷化镓单晶晶体生长工艺，包括以下步骤：S1、多晶合成：（1）装料：将高纯砷和高纯镓按（1.15~1.1）:1的比例按操作规程对应放入清洁的第一PBN舟、第二PBN舟内；将需要掺杂的硅放入装有镓的PBN舟地尾端；将第一PBN舟与第二PBN舟内放至水平的石英管内；所述第一PBN舟与第二PBN舟距离在200~400mm，保证第一舟与第二舟之间有足够的温度差；在石英管的空余位置放入C、Ti、Al中的一种或多种5~100g；用于吸收石英管内的氧，避免氧进入砷化镓多晶中；（2）烤料：将装好料的石英管放置在烤炉上调整石英管管帽后上卡头拧紧，盖上烤炉盖，将石英管抽真空，真空度为（1~9*10-4）~（1~9*10-2）Pa，烘烤2~4h；（3）焊管：关闭烤炉电源开始降温，打开炉盖，将石英管缠上湿的隔热棉，戴上手套，先开氢气点火、后打开氧气调火、小火预热1分钟以上，将石英管管体与管帽完全焊接住；（4）进炉：把封好的石英管按工艺要求放置到合成炉内；（5）合成多晶：将第一PBN舟加热到620～660℃，将第二PBN舟加热到1245～1340℃，保温2～4小时，合成砷化镓多晶；然后通过程序控制石英管内的温度梯度，使第二PBN舟从头到尾温度呈梯度下降，水平冷凝速率为4～6cm/h，温度下降梯度为2～4℃/cm；（6）多晶冷却出炉：通过程序控制降温速率，石英管降温至200℃以下时，取出掺杂硅的砷化镓多晶，冷却；S2、单晶生长（1）装料：将掺杂硅的砷化镓多晶与氧化硼置于坩埚中，将坩埚装入单晶石英管中；将氧化硼按照传统工艺放置在坩埚的肩部及等径部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺杂砷化镓单晶晶体生长工艺，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、多晶合成：/n（1）装料：将高纯砷和高纯镓按（1.15~1.1）:1的比例按操作规程对应放入清洁的第一PBN舟、第二PBN舟内；将需要掺杂的硅放入装有镓的PBN舟地尾端；将第一PBN舟与第二PBN舟内放至水平的石英管内，所述第一PBN舟与第二PBN舟距离在200~400mm；在石英管的空余位置放入C、Ti、Al中的一种或多种 5~100g；/n（2）烤料：将装好料的石英管放置在烤炉上调整石英管管帽后上卡头拧紧，盖上烤炉盖，将石英管抽真空，真空度为（1~9*10

【技术特征摘要】
1.一种掺杂砷化镓单晶晶体生长工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、多晶合成：
（1）装料：将高纯砷和高纯镓按（1.15~1.1）:1的比例按操作规程对应放入清洁的第一PBN舟、第二PBN舟内；将需要掺杂的硅放入装有镓的PBN舟地尾端；将第一PBN舟与第二PBN舟内放至水平的石英管内，所述第一PBN舟与第二PBN舟距离在200~400mm；在石英管的空余位置放入C、Ti、Al中的一种或多种5~100g；
（2）烤料：将装好料的石英管放置在烤炉上调整石英管管帽后上卡头拧紧，盖上烤炉盖，将石英管抽真空，真空度为（1~9*10-4）~（1~9*10-2）Pa，烘烤2~4h；
（3）焊管：关闭烤炉电源开始降温，打开炉盖，将石英管缠上湿的隔热棉，戴上手套，先开氢气点火、后打开氧气调火、小火预热1分钟以上，将石英管管体与管帽完全焊接住；
（4）进炉：把封好的石英管按工艺要求放置到合成炉内；
（5）合成多晶：将第一PBN舟加热到620～660℃，将第二PBN舟加热到1245～1340℃，保温2～4小时，合成砷化镓多晶；然后通过程序控制石英管内的温度梯度，使第二PBN舟从头到尾温度呈梯度下降，水平冷凝速率为4～6cm/h，温...

【专利技术属性】
技术研发人员：高佑君，柴晓磊，樊海强，
申请(专利权)人：山西中科晶电信息材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14