一种GaAs单晶生长工艺制造技术

本申请涉及单晶生长技术领域，具体公开了一种GaAs单晶生长工艺。本申请的GaAs单晶生长工艺，包括如下步骤：S1、多晶合成：（1）装料：将砷和镓放入炉中；（2）合成多晶：调整炉内压强以及温度至多晶物料完全熔化，降温；（3）冷却出炉：降低温度，取出即得多晶半成品；S2、多晶清洗：将多晶半成品置于清洗液中清洗，即得多晶成品；S3、单晶生长：（1）装料：向石英坩埚装入籽晶、多晶成品、余砷，放入石英安培瓶内并抽真空、烘烤、封焊；（2）装炉：依VGF工艺装入炉中；（3）长晶：依VGF工艺完成单晶生长，即得。本申请制得的GaAs单晶质量佳。制得的GaAs单晶质量佳。

【技术实现步骤摘要】
一种GaAs单晶生长工艺


[0001]本申请涉及单晶生长
，更具体地说，它涉及一种GaAs单晶生长工艺。

技术介绍

[0002]砷化镓(GaAs)是化合物半导体中最重要、用途最广泛的半导体材料之一,也是目前研究得最成熟、生产量最大的化合物半导体材料。由于砷化镓具有电子迁移率高、禁带宽度大且为直接带隙的特点，容易制成半绝缘材料,同时，本征载流子浓度低、光电特性好,还具有耐热、抗辐射性强及对磁场敏感等优良特性。用砷化镓材料制作的器件频率响应好、速度快、工作温度高,能满足集成光电子的需要。它是目前最重要的光电子材料,也是继硅材料之后最重要的微电子材料,适于制造高频、高速器件和电路。
[0003]砷化镓多晶在制备过程中，由于杂质的引入，从而导致砷化镓多晶质量不佳，进而使得制得的砷化镓单晶的质量不佳。

技术实现思路

[0004]为了提高制得的砷化镓单晶的质量，本申请提供一种GaAs单晶生长工艺。
[0005]第一方面，本申请提供一种GaAs单晶生长工艺，采用如下的技术方案：一种GaAs单晶生长工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1、多晶合成：（1）装料：将高纯砷和高纯镓按(1.15
‑
1.1):1的比例放入到PBN坩埚中，放至水平的石英管内，将石英管放入炉中，将炉内抽真空；（2）合成多晶：使炉内的压强升至4.0MPa，使炉内的温度从20
‑
25℃升高至1200
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1300℃，至多晶物料完全熔化，降温；（3）多晶冷却出炉：当炉内的温度从1200
‑
1300℃降低至20
‑
25℃时，冷却80
‑
90min，取出PBN坩埚，即得GaAs多晶半成品；S2、多晶清洗：将S1步骤中制得的GaAs多晶半成品置于清洗液中进行清洗，即得GaAs多晶成品；其中，清洗液主要由如下重量份数的原料制成：氢氧化铵0.1
‑
0.2份、过氧化氢20
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40份、水20
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40份、表面活性剂1
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2份、螯合剂1
‑
2份；S3、单晶生长：（1）装料：按装料要求向石英坩埚依次装入籽晶、S2步骤中制得的GaAs多晶成品、余砷，将石英坩埚放入石英安培瓶内并进行抽真空、烘烤、封焊处理；（2）装炉：将装好料的石英安培管按照传统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，即得GaAs单晶。
[0006]优选的，S3单晶生长的装料步骤中，GaAs多晶重量为2kg，用于制得2寸GaAs单晶。
[0007]优选的，S3单晶生长的装料步骤中，GaAs多晶重量为4kg，用于制得4寸GaAs单晶。
[0008]优选的，S3单晶生长的装料步骤中，石英安培瓶内的空余位置放置有5
‑
100g吸收剂，吸收剂由碳、钛、铝按质量比(2
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3):(2
‑
3):(3
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5)组成；进一步优选的，吸收剂由碳、钛、
铝按质量比2:2:3组成。
[0009]优选的，S2步骤中多晶清洗采用超声清洗的方式进行。
[0010]优选的，螯合剂为无水乙酸钠、柠檬酸钠和乙二胺四乙酸中的任意一种。
[0011]优选的，表面活性剂为十二烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的任意一种。
[0012]优选的，S1合成多晶的步骤中，升温分为两个阶段，阶段一：20
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25℃匀速升温至1000
‑
1050℃，升温速率为20
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50℃/min；阶段二：1000
‑
1050℃匀速升温至1200
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1300℃，升温速率为20
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40℃/min。
[0013]优选的，S1多晶冷却出炉的步骤中，降温分为两个阶段，阶段一：1200
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1300℃匀速降温至800
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900℃，降温速率为0
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10℃/min；阶段二：800
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900℃匀速降温至20
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25℃，降温速率为10
‑
50℃/min。
[0014]通过采用上述技术方案，对合成的GaAs多晶通过清洗液进行清洗，通过过氧化氢以及氢氧化铵对GaAs多晶进行清洗，便于将GaAs多晶表面的粒子以及金属去除，表面活性剂的使用便于降低清洗液的表面张力，从而提高GaAs多晶表面的清洗效率，同时降低清洗后GaAs多晶的粗糙度，螯合剂的加入便于与清洗液中的金属作用，从而进一步降低GaAs多晶表面的粗糙度，从而使得GaAs单晶具有低位错、大尺寸、热应力小的优点，进而提高制得的GaAs单晶的质量。
[0015]优选的，所述石英管的空余位置放至有吸收剂，吸收剂由碳、钛、铝按质量比(2
‑
3):(2
‑
3):(3
‑
5)组成。
[0016]通过采用上述技术方案，吸收剂的加入便于与石英管中的氧进行反应，由于放样过程中带入的氧以及砷、镓以及石英管在高温过程中释放的氧较多，这些氧进入到GaAs多晶中，从而提高了氧污染对材料性能的影响，吸收剂由碳、钛、铝三种成分复配得到，碳、钛、铝三种成分与氧反应活性大，从而减少了石英管中的氧，便于进一步提高制得的GaAs多晶的质量，从而便于提高制得的GaAs单晶的质量，提高GaAs单晶的迁移率。
[0017]优选的，所述S1多晶合成的合成多晶步骤中，向高压合成炉内充入惰性气体，所述惰性气体的纯度大于或等于99.999%。
[0018]通过采用上述技术方案，惰性气体的引入便于使得高温合成炉处于一个较高的压强内，从而满足合成GaAs多晶的需要；其次，惰性气体纯度较高，从而便于保持高温合成炉的纯度，减少引入杂质气体的可能，进而降低杂质气体对合成GaAs多晶原料的污染，从而进一步提高GaAs多晶的质量，进而提高制得的GaAs单晶的质量。
[0019]优选的，所述S1多晶合成的合成多晶步骤中，高压合成炉升温至1200
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1300℃经历以下几个升温阶段：阶段一：温度从20
‑
25℃匀速升温至500
‑
600℃，升温速率为20
‑
30℃/min；阶段二：温度从500
‑
600℃匀速升温至800
‑
850℃，升温速率为30
‑
40℃/min；阶段三：温度从800
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850℃匀速升温至1000
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1050℃，升温速率为45
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50℃/min；阶段四：温度从1000
‑
1050℃匀速升温至1100
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1120℃，升温速率为30
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40℃/min；阶段五：温度从1100
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaAs单晶生长工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1、多晶合成：（1）装料：将高纯砷和高纯镓按(1.15
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1.1):1的比例放入到PBN坩埚中，放至水平的石英管内，将石英管放入炉中，将炉内抽真空；（2）合成多晶：使炉内的压强升至4.0MPa，使炉内的温度从20
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25℃升高至1200
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1300℃，至多晶物料完全熔化，降温；（3）多晶冷却出炉：当炉内的温度从1200
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1300℃降低至20
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25℃时，冷却80
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90min，取出PBN坩埚，即得GaAs多晶半成品；S2、多晶清洗：将S1步骤中制得的GaAs多晶半成品置于清洗液中进行清洗，即得GaAs多晶成品；其中，清洗液主要由如下重量份数的原料制成：氢氧化铵0.1
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0.2份、过氧化氢20
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40份、水20
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40份、表面活性剂1
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2份、螯合剂1
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2份；S3、单晶生长：（1）装料：按装料要求向石英坩埚依次装入籽晶、S2步骤中制得的GaAs多晶成品、余砷，将石英坩埚放入石英安培瓶内并进行抽真空、烘烤、封焊处理；（2）装炉：将装好料的石英安培管按照传统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，即得GaAs单晶。2.根据权利要求1所述的一种GaAs单晶生长工艺，其特征在于：所述S1多晶合成的装料步骤中：石英管的空余位置放置有吸收剂，吸收剂由碳、钛、铝按质量比(2
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3):(2
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3):(3
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5)组成。3.根据权利要求1所述的一种GaAs单晶生长工艺，其特征在于：所述S1多晶合成的合成多晶步骤中，向高压合成炉内充入惰性气体，所述惰性气体的纯度大于或等于99.999%。4.根据权利要求1所述的一种GaAs单晶生长工艺，其特征在于：所述S1多晶合成的合成多晶步骤中，高压合成炉升温至1200
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1300℃经历以下几个升温阶段：阶段一：温度从20
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25℃匀速升温至500
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600℃，升温速率为20
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30℃/min；阶段二：温度从500
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600℃匀速升温至800
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850℃，升温速率为30
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40℃/min；阶段三：温度从800
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850℃匀速升温至1000
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1050℃，升温速率为45
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50℃/min；阶段四：温度从1000
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1050℃匀速升温至1100
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1120℃，升温速率为30
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40℃/min；阶段五：温度从1100
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1120℃匀速升温至1200
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1300℃，升温速率为20
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30℃/min。5.根据权利要求1所述的一种GaAs单晶生长工艺，其特征在于：所述S1多晶合成的多晶冷却出炉步骤中，高压合成炉降温至20
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25℃经历以下几个降温阶段：阶段一：温度从1200
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【专利技术属性】
技术研发人员：周雯婉，
申请(专利权)人：北京通美晶体技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：