锗晶体生长的方法和装置。所述方法包括：将第一Ｇｅ原料装入一个坩埚中，所述坩埚带有放置有晶种的晶种槽；将第二Ｇｅ原料装入一个将置于安瓿内的用以补充Ｇｅ原料的装载容器中；将所述坩埚和装载容器密封在一个安瓿内；将密封有所述坩埚和装载容器的安瓿放入一个具有可移动的安瓿支座的晶体生长熔炉中，所述支座支承安瓿；熔化坩埚中的第一Ｇｅ原料从而生成一种熔融体；熔化容器中的第二Ｇｅ原料，并将第二Ｇｅ原料添至熔融体中；控制熔融体的结晶温度梯度，使熔融体与晶种接触的时候结晶形成单晶锗晶棒；冷却单晶锗晶棒。本发明专利技术还提供可用于实施该方法的装置，其中包括一个装载容器。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锗(Ge)单晶材料生长的方法和装置。
技术介绍
电装置及光电装置制造商通常需要尺寸较大并电性能均匀的半导体单晶材料，将所述单晶材料经切片和抛光后，作为生产微电装置的基材。对于半导体晶体的生长，其工艺包括多晶原料熔化(通常超过1，200°C )从而产生一种多晶原料熔融体，使该熔融体与该材料制成的晶种接触，并使该熔融体在与所述晶种接触面上进行结晶。为完成此目的所采用方法有多种，可见于文献的有提拉(Czochralski) (Cz)法及其衍生的液封直拉(LiquidEncapsulated Czochralski) (LEC)法、水平布里奇曼禾口坩埚下降(Horizontal Bridgmanand Bridgman-Stockbarger) (HB)法及其垂直变型(VB)，以及梯度冷凝(GF)法及其变型、垂直梯度冷凝(VGF)法。参见，例如《光、电及光电材料的本体晶体生长》(BulkCrystalGrowth of Electronic, Optical and OptoelectronicMaterials， P.Clapper, Ed. ， JohnWiley and Sons Ltd, Chichester, England, 2005)，其中对这些技术及它们在多种材料的生长中的应用有广泛讨论。 目前使用提拉技术并用于商业生产的，直径为152.4mm的，无位错锗单晶生长已见报道，但尚未经证实(Vanhellemont and Simoen， J. Eiectrochemical Society, 154 (7)H572-H583(2007))。但是，直径为101.6mm(4英寸)的锗单晶已由VGF和VB技术方法生长出来，如文献中所述(Ch. Frank-Rotsch， et al. ， J. Crystal Growth (2008) ， doi :10. 1016/j. jcrysgro. 2007. 12. 020)。 如文献中报道的许多研究所表明，同Cz/LEC技术相比，VB/VGF生长技术一般是使用较小的热梯度和较低的生长速率，从而生产出的单晶位错密度低得多(参见A. S. Jordan et al. ， J. Cryst. Growthl28 (1993) 444-450， M. Jurisch et al. ， J. Cryst.Growth 275(2005)283-291， 禾口 S. Kawarabayashi， 6th Intl. Conf. on InP andRelatedMaterials (1994) ，227-230)。所以，用VB/VGF方法生长大直径、低位错密度(或无位错)锗单晶为优选方法。 在所有商业单晶生长生产中，晶棒(ingot)的低成本生长和晶棒切片的高产出是追求的目标，即由单一晶棒上切出最大数目的可用单晶。因而，如果希望在具有其他限制条件下尽可能生长出较长的晶棒，则意味着需要使用一个大尺寸坩埚。通常由于待装的多晶块料形状不等，原料之间余留的空隙很多，填充系数很低。当所述的装添料熔化后，熔融体仅填充部分坩埚。考虑到熔融体的体积需要和现有坩埚的结构，用附加的材料来补充熔融体是工艺重要的组成部分，也是一个复杂的工艺过程。对于某些材料例如锗尤其如此与Si (热导率和密度分别为1. 358W cm—C —1和2. 3332gcm—3)相比，锗具有低的热导率(0. 58Wcm——0和高的密度(5. 32gcm—3)，因而受到特别的方法限制。 已知在晶体生长中补充熔融体已有几种尚未成熟的工艺，例如将未熔化的多晶原料加至用于生长Si单晶的Si熔体中的工艺，及将原料装入用来生长Cz单晶坩埚的工艺。类似这些的技术工艺均可实行，因为Cz (或LEC)体系为开放系统，而且相对容易给坩埚添 料。但是，对于坩埚被封装在安瓿中的VGF和VB技术，所述方法则行不通。此外，对于特殊 掺杂的锗单晶生长特殊要求，也限制了上述一般方法的使用，例如砷(As)作为掺杂剂的掺 杂工艺、由于砷具有的毒性及挥发性使锗单晶的掺砷工艺受到了限制。
技术实现思路
本专利技术提供一种方法，该方法在原始装入的原料已熔化而晶体尚未开始生长之 前，可在VGF或VB方法中将其他原料的熔融体添加至坩埚中，从而长出更大的单晶晶棒。 本专利技术的生长单晶锗(Ge)晶体的方法包括 将第一 Ge原料装入一个坩埚中，所述坩埚带有能放置晶种的晶种槽； 将第二Ge原料装入一个将置于安瓿内的用以补充Ge原料的装载容器中； 将所述坩埚和装载容器密封在一个安瓿内； 将密封有所述坩埚和装载容器的安瓿放入一个具有可移动的安瓿支座的晶体生 长熔炉中，所述支座支承安瓿； 熔化坩埚中的第一 Ge原料从而生成一种熔融体；熔化容器中的第二 Ge原料，并将第二 Ge原料添至熔融体中； 控制熔融体的结晶温度梯度，使熔融体与晶种接触的时候结晶形成单晶锗晶棒； 和 冷却单晶锗晶棒。在本专利技术方法的一种优选实施方案中，形成单晶锗晶棒的过程包括在晶棒生长区 建立0. 3-2. 5°C /cm的温度梯度。 在本专利技术方法的一种优选实施方案中，以0. 2-0. 5°C /小时的速率冷却单晶锗晶 在本专利技术方法的一种优选实施方案中，还包括在结晶温度梯度移动过程中，保持 坩埚稳定。在本专利技术方法的一种优选实施方案中，锗晶棒具有50.8-203.2mm(2至8英寸)的直径。 在本专利技术方法的一种优选实施方案中，锗晶棒具有152. 4mm(6英寸)的直径。 在本专利技术方法的一种优选实施方案中，所得到的单晶锗晶棒的位错量小于300位 错/cm 优选小于250位错/cm 进一步优选小于200位错/cm3。 本专利技术还提供能用于生长大直径单晶锗晶体的装置，包括 —个包括多个加热区提供热源的晶体生长熔炉，禾口 —个用以放入熔炉中的安瓿，其中所述安瓿包括一个装载容器和一个带晶种槽的 坩埚； —个可移动的安瓿支座；禾口 —个偶联至晶体生长熔炉和可移动安瓿支座上的控制器，该控制器控制热源的一 个或多个加热区和可移动的安瓿支座，用以当坩埚位于熔炉中时在坩埚上实施垂直梯度冷 凝法。 在本专利技术装置的一种优选实施方案中，晶体生长熔炉具有六个加热区。4 在本专利技术装置的一种优选实施方案中，坩埚具有50.8-203.2mm(2至8英寸)的内径。 在本专利技术装置的一种优选实施方案中，坩埚具有152.4mm(6英寸)的内径。 附图说明 图1A-1D为说明有关本专利技术某些方面的一个示例性晶体生长过程的锗晶体制备 装置的纵向横切面示图。 图2为展示有关本专利技术某些方面的使用装载原料的pBN(热解氮化硼)容器进行 晶体生长的一个示例性状态示图。 图3为符合有关本专利技术某些方面的所生长的直径150mm的锗晶棒头部的EPD(腐 蚀坑密度)图(57point EPD， average EPD :186)的一个实例。 图4为符合有关本专利技术某些方面的所生长的直径150mm的锗晶棒尾部的EPD图 (57point EPD， average EPD :270)的一个实例。具体实施例方式本专利技术的生长单晶锗(Ge)晶体的方法包括 将第一 Ge原料装入一个坩埚中，所述坩埚带有放置有晶种的晶种槽； 将第二Ge原料装入一个将置于安瓿本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生长单晶锗（Ｇｅ）晶体的方法，所述方法包括： 将第一Ｇｅ原料装入一个坩埚中，所述坩埚带有放置有晶种的晶种槽； 将第二Ｇｅ原料装入一个将置于安瓿内的用以补充Ｇｅ原料的装载容器中； 将所述坩埚和装载容器密封在一个安瓿内； 将密封有所述坩埚和装载容器的安瓿放入一个具有可移动的安瓿支座的晶体生长熔炉中，所述支座支承安瓿； 熔化坩埚中的第一Ｇｅ原料从而生成一种熔融体； 熔化容器中的第二Ｇｅ原料，并将第二Ｇｅ原料添至熔融体中； 控制熔融体的结晶温度梯度，使熔融体与晶种接触的时候结晶形成单晶锗晶棒；和 冷却单晶锗晶棒。
【技术特征摘要】
一种生长单晶锗(Ge)晶体的方法，所述方法包括将第一Ge原料装入一个坩埚中，所述坩埚带有放置有晶种的晶种槽；将第二Ge原料装入一个将置于安瓿内的用以补充Ge原料的装载容器中；将所述坩埚和装载容器密封在一个安瓿内；将密封有所述坩埚和装载容器的安瓿放入一个具有可移动的安瓿支座的晶体生长熔炉中，所述支座支承安瓿；熔化坩埚中的第一Ge原料从而生成一种熔融体；熔化容器中的第二Ge原料，并将第二Ge原料添至熔融体中；控制熔融体的结晶温度梯度，使熔融体与晶种接触的时候结晶形成单晶锗晶棒；和冷却单晶锗晶棒。2. 权利要求l的方法，其中形成单晶锗晶棒的过程包括在晶棒生长区建立O. 3-2. 5°C/ cm的温度梯度。3. 权利要求1的方法，其中以0. 2-0. 5°C /小时的速率冷却单晶锗晶棒。4. 权利要求l的方法，还包括在结晶温度梯度移动过程中，保持坩埚稳定。5....
【专利技术属性】
技术研发人员：刘卫国，
申请(专利权)人：AXT公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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