水平法生长无位错掺Si-GaAs单晶

用水平法生长成掺Si的无位错GaAs单晶。位错密度低于500厘米~(-2),电子浓度1-6×10~(13)厘米~(-3)。 水平法生长掺Si-GaAs单晶的主要困难是熔体与石英舟的沾润;其结果有二:(1)引入应力,得不到低位错的晶体;(2)易生孪晶,单晶率很低。 采用三温区法抑制Si与石英的反应,结合新合成工艺可以完善地解决沾润问题。注意选择籽晶的方向,可以减少孪晶的发生率。 克服上述问题后,用籽晶法可以生长成无位错的掺Si-GaAs晶体。     

4英寸低位错锗单晶生长

采用直拉法生长 4 英寸低位错锗单晶,研究了热场温度梯度、缩颈工艺、拉晶工艺参数对单晶位错密度的影响,测量了单晶位错密度,结果表明位错密度小于3000.cm-2,满足空间GaAs/Ge太阳电池的使用要求.     

低氧低位错密度均匀分布硅单晶的制备

本试验研究了影响位错密度的因素,对低位错热场进行了分析。讨论了晶向、直径和生长速率对位错密度的影响。通过静态与动态热场的选择与调整,降低晶体中热应力,已找到了低位错密度均匀分布的生长工艺条件。φ30～φ38毫米[111]晶体位错密度可控制在>5×10~2/厘米~2≤3×10~3/厘米~2的范围内,φ30～40毫米[100]晶体可控制在(1～2)×10~2/厘米~2,(>5×10~2/厘米~2)。初步试验了[110]和[115]晶向。低位错工艺与低氧工艺相结合,所得晶体的氧含量≤5×10~(17)原子/厘米~3。     

液封法制备低位错及无位错砷化镓单晶

在液封直拉法中,采用镓、砷直接合成工艺,在特定的热场下,应用缩颈技术,最大可制得直径、为30毫米,长9厘米重约220克无位错单晶,并可稳定地制得直径近于30毫米的低位错单晶(～5×10~3厘米~(-2))。试验结果表明:温度场的选择,缩颈技术,放肩角度控制是制备低位错或无位错单晶的关键,本文初步探讨了化学计量比,杂质偏析对位错密度的影响。     

低位错锑化铟单晶的研制

在高频直拉单晶炉中,适当增加石英坩埚的高度,并在坩埚外附加一个石英套管,使之形成一个较为合理的热场。在这个新的热场中已拉制出直径为20～30毫米的低位错密度的Insb单晶。其位错密度接近于10~2厘米~(-2)。从而使InSb单晶的位错密度比原先制备的至少下降一个数量级以上。结合直拉单晶工艺和缩颈技术,对排除和降低位错的措施进行较为详细的实验研究,并就两种热场拉制的InSb单晶进行了位错对比分析和讨论。同时,观察到籽晶与熔体接触面因热冲击而新生的位错,其密度约为3×10~2厘米~(-2)。     

掺杂GaAs单晶中位错的腐蚀观察与探讨

本文阐述水平三温区炉生长的掺杂(Si,Te或Cr)GaAs中位错的腐蚀观察工艺和基本原理。详细探讨了由化学腐蚀所获得的一些结果,诸如位错坑,浅坑或碟坑,沉淀物和夹杂等。     

低位错掺铟与不掺杂LEC SI—GaAs单晶生长工艺研究

在微波半导体领域内,2～3英寸高迁移率、高完整性的SI-GaAs单晶是制做GaAs器件特别是GaAs IC的理想材料,但用LEC法生长的单晶位错密度较高,EPD达10~4～10~5cm~(-2)。根据国内外的报道,现有降低LEC GaAs单晶位错工艺的实质是降低单晶的热应力与提高临界切应力。根据这种观点,我们在改进的高压单晶炉中生长了直径     

大截面低位错水平法GaAs单晶研制

本文在水平生长 GaAs 单晶中首次应用了等电子掺杂技术,在制备大截面晶体进一步降低位错密度方面取得了显著效果。研制的 HB-12型单晶(100)片面积达到12cm~2,位错密度<500cm~(-2),研制的 HB-18型单晶(100)片面积达18cm~2,位错密度<5000cm~(-2)。     

硅衬底上MOCVD GaAs中位错密度研究

本文用平面 TEM 和熔融 KOH 刻蚀完成了GaAs/Si 中位错密度和 EPD 的估算。GaAs/Si 位错密度可通过原位热循环退火(TCA)和包括原位TCA 和应变层超晶格(SLS)结构的联合生长法来减少。用联合生长法制成了三种含有或不含有错合位     

隧道二极管用锗单晶制备的温场设计

通过设计合适的温场，解决了重掺单晶生长过程中的组分过冷和位错密度高的问题，获得了高掺杂浓度高迁移率的无位错单晶。     

重掺锑硅单晶的生长

在直拉(CZ)法生长的重掺锑硅单晶中,由于锑在硅中的特性,造成无位错(文中指No<1000个/厘米~2)晶体生长的困难,同时断面电阻率均匀性也难以控制,严重影响了单晶的成品率。 本实验用改变动态工艺参数方法调整晶体固液界面,以控制一个微凸等温面,取得了无位错且电阻率分布较为均匀的晶体生长条件。使重掺锑硅单晶成品率达到40％。工艺基本稳定。     

GaAs中杂质-空位络合物在生长无位错单晶中的作用

本文从 GaAs 体晶体的补偿比计算得的 D·V_(Ga)(杂质-镓空位)浓度,来估计 n 型掺杂晶体的“掺杂效应”(通过掺杂降低晶体位错密度)。综合分析已发表的及本所的掺 Si、S、Se、Te 和Sn 晶体的实验数据,结果表明,掺杂效应的有效性与 D·V_(Ga)浓度有关。各种杂质形成的 D·V_(Ga)对位错密度的影响大致相同,位错密度随 D·V_(Ga)的增加而下降,当浓度约达1.5×10~(18)厘米~(-3)(对 Si 为折合后可比的浓度)左右时,可以长成无位错单晶。晶体位错密度与 D·V_(Ga)之间具有如下一般的关系:EPD=A-m〔D·V_(Ga)〕~(1/4) (A、m 为常数)。D·V_(Ga)降低位错的作用可能是它与位错相互作用增强晶体屈服应力所致。此外,从杂质与缺陷相互作用的观点,简单地讨论了 Al,N 和 Zn 的掺杂效应。     

无孪生磷化铟晶体生长

在高压液封切克劳斯基(LEC)方法生长InP晶体过程中,孪晶出现是一个比较突出的问题。但是选择合理的热场、注意液封剂B_2 O_3脱水条件、使用化学配比的InP多晶料,在<111>P面生长方向的情况下,可重现地制备无孪生磷化铟晶体。而且引晶后,晶体放肩斜度与生长轴夹角达25°左右时仍可得完整锭单晶。若上述条件均能同时满足,生长参数相对稳定,则在拉制直径为25—30毫米、重160克左右的晶体时,单晶出现几率大于70％。并用相应的条件生长了直径为35—38毫米、重300—320克的单晶。 上述掺杂晶体代表性电学性质为:掺Sn-InP N_D-N_A=2.5×10~(18)/厘米~3,μ_(300)=1.74×10~3厘米~2/伏·秒。掺Fe-InP p=9×10~7欧姆·厘米。以掺Sn—InP为衬底,制作了双异质结GaInAsP/InP红外发光二极管,初步结果为:当工作电流为100毫安时,输出功率可达0.6毫瓦以上,发射波峰为1.26微米。并对磷化铟单晶进行了光致发光及位错测试。     

砷化镓场效应晶体管半绝缘单晶衬底的制备

用水平三温区炉生长掺铬、氧、碲的砷化镓,在纯氢气流中,经780℃和800℃热处理一小时,制得了保持热稳定的半绝缘砷化镓单晶。在未掺氧的晶体中,达到半绝缘砷化镓的最低铬浓度是3.60×10~(15)厘米~(-3)。热稳定材料中的铬浓度在3.6×10~(16)厘米~(-3)以上,硅含量低于分析灵敏度(0.2ppm)。材料的热稳定性用方块电阻(欧姆/□)和漏电流进行检验。     

<100>P型4英寸无位错锗单晶的研制

从4英寸无位错锗单晶的生长温度梯度条件出发,设计开发了直拉法生长4英寸无位错锗单晶的双加热器热场系统;并对其热场进行了一系列的数值模拟研究,获得了4英寸无位错锗单晶的温度分布、轴向和径向的温度梯度分布以及热应力的分布结果:双加热器热场系统生长的锗单晶中轴向温度梯度在0.1~0.6 K·cm-1范围内,径向温度梯度为0.02~0.26 K·cm-1;锗单晶中局部区域的热应力值超过了锗单晶的临界切应力1 MPa,其他区域的热应力小于临界切应力。实验将双加热器热场系统中生长的无位错锗单晶,按要求切取测试片后进行位错腐蚀测量研究,获得测试片的位错密度和锗晶体的位错纵向分布。论文研究结果表明,锗单晶晶体中的应力分布数值模拟预期结果与实验生长的锗单晶位错腐蚀实验研究结果一致:该双加热器热场系统适合拉制4英寸无位错锗单晶;其位错呈离散分布,位错密度为350~480 cm-2。     

锗单晶中位错密度的影响因素

直拉法生长的空间太阳能电池用锗单晶中位错密度的影响因素有:籽晶中位错延伸对晶体中位错密度的影响;温度梯度对位错密度的影响;固液界面形状对位错密度的影响;机械因素对位错密度的影响。通过dash技术排除籽晶中位错的影响;通过调整晶体所处的热场(改变埚位和保温筒高度)、改变熔体中轴向负温度梯度的状况(增加坩埚杆的保温效果和开双加热器)和通过设计出轴向温度梯度为线性温度梯度径向温度梯度较小的热场来减小温度梯度对位错密度的影响;通过调整固液界面形状(改变拉速、埚转和晶转)来改善由于固液界面形状不佳带来的位错增值现象。通过上述措施可以基本消除单晶中位错排、位错堆以及小角晶界,得到低位错密度的单晶。     

水平法生长GaAs晶体中位错的产生及其排除机构

本文讨论水平法生长的GaAs晶体中产生位错的原因,以及位错排除的机构。提出“小晶面控制成核”的机构解释位错的分布特征和选择有利晶向生长利用小晶面效应抑制位错增生的方法。 水平晶体生长中由于应力引入位错的因素有:(1)沾润,(2)不均匀热场和(3)大的沉淀物。其中沾润是主要的。产生“生长”位错的因素有:(1)籽晶中位错的延伸,(2)小晶面效应,(3)组分过冷和(4)异质成核。这些因素除小晶面效应外都是可以控制的。 晶体中位错密度沿轴向分布的规律说明位错有增生和排除两种过程。凹界面和籽晶取向对位错增生有重要影响,而小晶面的位置又起关键作用。用〈110〉晶带的〈311〉等方向生长可以利用小晶面效应控制成核过程,抑制位错的增生。通过“位错沿其轴向传播”的排除机构,可以保证生长成无位错的GaAs晶体。     

水平舟生长GaSb单晶的研制

文中详细地介绍用水平舟生长GaSb单晶的实验过程。简述水平单晶炉的结构及热场分布。用于晶体生长的石英舟经喷沙、Ga炼舟和HF浸泡等措施较好地解决了熔体与石英舟之间的沾润。本实验还特制了一个石英舟,它具有Ga、Sb分开脱氧、合成和去膜之功能,从而实现了Ga、Sb脱氧、合成、去膜和晶体生长在同一石英管内相继进行的新工艺。对GaSb单晶生长的诸多条件进行了详细地分析和讨论。实验结果表明用此法可作到晶锭的90%以上是单晶。掺Te—GaSb单晶的室温载流子浓度为1~3×10~(18)cm~(-3)。其对应的电子迁移率一般是在2500—2700cm~2/V·S的范围。已观察到晶体中位错密度的最小值和最大值分别为70cm~(-2)和1×10~3cm~(-2)。     

VGF法GaAs单晶位错分布的数值模拟和Raman光谱研究

采用数值模拟技术和Raman光谱法对4inch垂直梯度凝固(VGF)法GaAs单晶位错进行了研究。运用数值模拟软件计算了GaAs晶体生长过程中的位错分布,模拟计算与实验结果一致。通过Raman光谱测量,定量计算了晶片表面的残余应力分布。Raman测量结果表明,残余应力与位错密度分布基本一致。在VGF法生长的GaAs单晶中观察到了不完整的位错胞状结构,并利用Raman光谱法对其进行了微区分析。     

低位错锗单晶片的表面位错腐蚀研究

锗单晶在红外以及空间太阳能电池都有广泛应用。目前,超过90%的空间电源都是锗基太阳能电池,使得低位错锗单晶成为空间太阳能电池的基础材料。太阳能电池使用的锗单晶要求位错密度低于1000 cm-2,高效电池甚至要求单晶位错密度低于300 cm-2,其对锗单晶片内部的位错数量要求不断提高,对位错密度测量精度提出更高的要求。采用HNO3-HF体系的抛光腐蚀液对锗单晶片进行处理,通过择优腐蚀显示位错。通过改变金刚砂粒度、抛光温度、抛光时间、腐蚀温度、腐蚀时间、晶向偏离角度等条件,从表面粗糙度及金相图表面形貌等方面进行了比较和分析,确定了不同条件下的锗单晶片抛光腐蚀情况,以及晶向偏离角度大小对位错密度偏差的影响。结果表明,采用本文确定的切割、研磨、表面腐蚀方法,位错形貌清晰显现完全,位错测量误差可以控制在5.5%以内,能够保证测量精密度。为实际应用中锗材料位错密度测量及腐蚀工艺的改进提供实验依据及理论参考。