无机材料学报 ›› 2023, Vol. 38 ›› Issue (3): 335-342.DOI: 10.15541/jim20220645 CSTR: 32189.14.10.15541/jim20220645
所属专题: 【信息功能】大尺寸功能晶体(202409)
史艳磊1,2(), 孙聂枫2(
), 徐成彦1, 王书杰2, 林朋2, 马春雷2, 徐森锋2, 王维2, 陈春梅2, 付莉杰2, 邵会民2, 李晓岚2, 王阳2, 秦敬凯1(
)
SHI Yanlei1,2(), SUN Niefeng2(
), XU Chengyan1, WANG Shujie2, LIN Peng2, MA Chunlei2, XU Senfeng2, WANG Wei2, CHEN Chunmei2, FU Lijie2, SHAO Huimin2, LI Xiaolan2, WANG Yang2, QIN Jingkai1(
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摘要:
磷化铟(InP)是一种重要的化合物半导体材料。InP由于性能优异,在高频电子器件及红外光电器件领域的应用日趋增多。目前,磷化铟器件的价格远高于砷化镓器件,其主要原因是磷化铟单晶成品率低,以及晶圆尺寸较小造成外延和器件工艺成本居高不下。增大InP单晶的直径对降低晶圆及半导体工艺成本至关重要。制备大尺寸InP单晶的主要难点是提高晶体的成品率和降低晶体的应力。目前行业内通常使用垂直梯度凝固(Vertical gradient freeze, VGF)法和液封直拉(Liquid Encapsulated Czochralski, LEC)法制备InP。 VGF法在制备6英寸(15.24 cm)InP方面鲜有建树, LEC法制备的晶体往往具有更高的应力和位错密度。本研究展示了半密封直拉(Semi-Sealed Czochralski, SSC)法在生长大直径化合物半导体材料方面的优势,采用数值模拟方法分析了LEC法和SSC法中熔体、晶体、氧化硼和气氛中的温度分布,重点分析了SSC技术的温度分布。模拟结果中,SSC法晶体中的温度梯度为17.4 K/cm,明显低于LEC法中的温度梯度28.7 K/cm。在等径阶段SSC法晶体肩部附近气氛温度比LEC法高504 K。根据模拟结果对SSC法热场进行了优化后,本研究得到了低缺陷密度、无裂纹的6英寸S掺杂InP单晶,证实了SSC法应用于大尺寸InP单晶生长的优势。
中图分类号: