掺杂硫的磷化铟单晶棒制法及单晶棒、单晶片及制法、用途制造技术

本发明专利技术涉及掺杂硫的磷化铟单晶片，其中硫原子浓度为2

【技术实现步骤摘要】
掺杂硫的磷化铟单晶棒制法及单晶棒、单晶片及制法、用途


[0001]本专利技术涉及掺杂硫的磷化铟单晶棒的制备方法及由其获得的单晶棒、掺杂硫的磷化铟单晶片、其制备方法。

技术介绍

[0002]磷化铟(InP)作为一种III
‑
V族化合物半导体材料，在高电场下电子迁移率高于硅或砷化镓等材料，还具有较高的光电转换效率、较强的抗辐射性和高热导率等特性。这些优良性能使其广泛应用于太阳能电池片、集成电路及高速高频器件以及光纤通信工程等多个领域。
[0003]InP单晶片的制造通常包括生长晶棒、从晶棒切割出粗晶片、对粗晶片磨边、粗抛光、精抛光、清洗、干燥等步骤。生长晶棒的步骤可以采用垂直梯度冷凝法(vertical gradient freezing，简称为VGF法)，其中采用生长管(通常为石英材质)，该管呈空心圆柱体形状，其中一端为封闭的锥部，另一端敞口，敞口可以用盖(通常为石英材质)封闭(例如通过高温融合敞口和盖的方式封闭)；同时还采用坩埚，其外形与所述生长管匹配，为空心圆柱体形状，其中一端为封闭的锥部，用于放置籽晶(即晶种，用于诱导半导体原料生长出单晶)，另一端敞口，坩埚用于盛载半导体晶棒的原料，盛载半导体原料的坩埚置于所述生长管内，坩埚的锥部嵌入生长管的锥部内。在坩埚内，封闭的锥部放置籽晶，籽晶之上放入半导体原料(坩埚敞口一般不封闭)；坩埚置于生长管之后，用生长管的盖封闭生长管，经加热融化半导体原料，再由锥部开始，沿生长管的轴向
‑‑
同样也是沿坩埚的轴向
‑‑
逐渐降温，最后生长出半导体晶棒。
[0004]为拓宽半导体晶片的适用范围，提升其使用性能，例如进一步得到高载流子浓度的n型InP，有时需要在制备InP半导体晶棒过程中掺入硫等获得。然而，使用单质硫为掺杂剂的情况下，因其在高温下蒸气压过高，在单晶棒生长过程中硫原子会大量飞散。由于受热场分布等影响，存在硫在InP中分布不均匀的问题，给维持晶片产品质量一致性带来问题；使用单纯的硫化铟作为掺杂剂则会因为硫化铟的多晶型造成硫元素在晶体中的分布不均。适量的硫化铟和硫的混合物既可以控制生长管内的蒸气压又可以通过控制硫的蒸气压来对晶体生长过程中的硫源进行补充。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题提出本专利技术，利用VGF法，通过硫化铟和硫的共掺杂，制备硫掺杂均匀的磷化铟单晶棒和单晶片。
[0006]具体而言，本专利技术提供一种制备掺杂硫的磷化铟单晶棒的方法，所述方法包括：
[0007]1)将磷、磷化铟多晶、以及包含硫元素的掺杂剂混合，连同密封剂氧化硼一并装入设置有晶种的坩埚中；
[0008]2)将第1)步所述坩埚置于生长管内，并在真空下用盖密封生长管；
[0009]3)将第2)步的密封有坩埚的生长管放入晶体生长熔炉中，采用多温区体系进行加
热，使温度升高并保持在磷化铟熔点以上；
[0010]4)冷却第3)步得到的坩埚中的熔体，得到掺杂硫的磷化铟单晶棒；
[0011]其特征在于，在第1)步骤中使用的包含硫元素的掺杂剂为质量比＝7.5:1至15:1的硫化铟和硫，硫化铟和硫中的硫按元素质量计，为相对于磷化铟多晶总重量的0.007
‑
0.03％，优选为0.0075
‑
0.015％。
[0012]优选地，其中第1)步中添加的掺杂剂硫化铟和硫的量使制得的掺杂硫的磷化铟单晶棒在有效长度内硫原子浓度为2
×
10
18
atoms/cc至8
×
10
18
atoms/cc。
[0013]本专利技术的制备掺杂硫的磷化铟单晶棒的方法的一个优选实施方案中，第1)步中添加的掺杂剂硫化铟和硫的质量比为7.5:1
‑
15:1，优选为10:1至15:1，更优选12.5:1
‑
13.5:1。
[0014]本专利技术的制备掺杂硫的磷化铟单晶棒的方法的一个实施方案中，第3)步中，沿生长管竖向，由下而上，建立1.0
‑
3.0℃/cm的温度梯度。
[0015]本专利技术还提供根据本专利技术的方法制得的掺杂硫的磷化铟单晶棒。
[0016]本专利技术还提供径向方向上的硫浓度相对于平均值偏差不超过15％的根据本专利技术制得的掺杂硫的磷化铟单晶棒。
[0017]本专利技术还提供一种制备掺杂硫的磷化铟单晶片的方法，所述方法包括：
[0018]1)由掺杂硫的磷化铟单晶棒切割出掺杂硫的磷化铟单晶初始晶片，其中，切割得到的掺杂硫的磷化铟单晶片初始晶片中硫原子浓度为2
×
10
18
atoms/cc至8
×
10
18
atoms/cc，初始晶片的厚度为300
‑
1000μm，
[0019]2)对步骤1)得到的掺杂硫的磷化铟单晶初始晶片进行磨边处理；
[0020]3)对步骤2)中进行磨边处理之后的掺杂硫的磷化铟单晶初始晶片进行表面处理，
[0021]4)对在步骤3)中表面处理后的掺杂硫的磷化铟单晶初始晶片进行粗抛光，然后进行精抛光，得到掺杂硫的磷化铟单晶片产品，其中，所得到的掺杂硫的磷化铟单晶片产品厚度为200
‑
850μm；
[0022]其中步骤1)中的单晶棒为根据本专利技术制得的掺杂硫的磷化铟单晶棒。
[0023]本专利技术还提供根据本专利技术的方法制得的掺杂硫的磷化铟单晶片，掺杂硫的磷化铟单晶片中硫原子浓度为2
×
10
18
atoms/cc至8
×
10
18
atoms/cc，所述磷化铟单晶片中主表面上的硫浓度相对于平均值偏差不超过15％。
[0024]由于磷和硫等元素在高温下具有很高的蒸气压，用密封生长管生长单晶时处理不当会有爆管的现象。本专利技术使用具有较低蒸气压的硫化铟(In2S3)和硫混合物作为硫源，可以降低这种风险，并抑制高温下用单质硫作为掺杂剂时硫原子的大量飞散。同时利用控制在一定量以下的硫蒸气扩散至熔体中，可进一步作为硫源的有利补充。不囿于特定理论，现认为本专利技术所取得的效果源于同时使用硫化铟(选自In2S3、In2S或它们的混合物)和单质硫，两种物质在晶棒生长过程中，产生协同意义的共同作用。
[0025]与此同时，本专利技术使用采取多温区控温的垂直梯度冷凝法(VGF)，单晶生长时生长方向上的温度梯度较小，可有效降低单晶中的位错密度。
[0026]本专利技术获得的掺杂硫的磷化铟单晶棒位错密度低，在径向方向上具有均匀的硫浓度，可以获得性能均匀和稳定的单晶片，从而应用于光电探测器等光电子器件、晶体管等电子器件及高周波元件等中。
附图说明
[0027]图1是包含用于掺杂硫的磷化铟单晶生长的密封容器的晶体生长设备的截面图。
[0028]图2为本专利技术单晶片制备方法的单晶棒固定装置半包围石墨的示意图。
[0029]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备掺杂硫的磷化铟单晶棒的方法，所述方法包括：1)将磷、磷化铟多晶以及包含硫元素的掺杂剂，连同密封剂氧化硼一并装入设置有晶种的坩埚中；2)将第1)步所述坩埚置于生长管内，并在真空下密封生长管；3)将第2)步的密封有坩埚的生长管放入晶体生长熔炉中，采用多温区体系进行加热，使温度升高并保持在磷化铟熔点以上；4)冷却第3)步得到的坩埚中的熔体，得到掺杂硫的磷化铟单晶棒；其特征在于，在第1)步骤中使用的包含硫元素的掺杂剂为质量比＝7.5:1至15:1的硫化铟和硫，硫化铟和硫中的硫按元素质量计，为相对于磷化铟多晶总重量的0.007
‑
0.03％。2.根据权利要求1所述的方法，其中第1)步中添加的掺杂剂硫化铟和硫的质量比为10:1至15:1。3.根据权利要求2所述的方法，其中第1)步中添加的掺杂剂硫化铟和硫的质量比为12.5:1至13.5:1。4.根据权利要求1
‑
3之一所述的方法，其中第1)步中，添加的掺杂剂硫化铟和硫中的硫按元素质量计，为相对于磷化铟多晶总重量的0.0075
‑
0.015％。5.根据权利要求1
‑
4之一所述的方法，其中，在第3)步的过程中，沿生长管竖向，由下而上，采用1.0
‑
3.0℃/cm的温度梯度。6.由权利要求1
‑
4中任一项所述的方法制得的掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫里斯，
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：