磷化铟晶体合成生长研究现状

介绍了磷化铟的基本属性及其在光电子与微电子器件方面的应用,归纳了磷化铟合成与单晶生长的主要方法,并对各种方法进行了比较。对国内外磷化铟体单晶领域的的研究状况、磷化铟中的缺陷与杂质及半绝缘磷化铟的形成机制方面的研究成果作了介绍和讨论,同时,介绍了磷化铟单晶材料研究领域的发展趋势。     

富铟熔体生长InP晶体中的微观缺陷

通过原位磷注入液封直拉(LEC)法在富铟熔体中生长了100方向的磷化铟单晶,并研究了晶体内缺陷形态及形成机制。在富铟熔体中生长的磷化铟晶锭中发现,多种形态富铟夹杂物镶嵌在磷化铟基体中。在晶片的抛光过程中,由于局部受力不均匀导致富铟夹杂周围的晶体出现裂纹。通过研究发现,除了磷化铟晶体的各向异性外,局部的冷却条件也控制着晶体凝固过程,进而控制着富铟夹杂物的形态。由于磷化铟基体与富铟夹杂物的热膨胀系数不同,在富铟多面体夹杂物产生了很大的应力,进而导致富铟夹杂物附近出现了位错聚集现象。经讨论给出了这些夹杂物的形成机制及其对晶体质量的影响。     

生长条件及退火处理对磷化铟单晶结构完整性的影响

利用X射线双晶衍射(XRD)技术研究了原生及退火处理后的磷化铟单晶的晶格完整性.原生磷化铟单晶中由于存在着大量的位错和高的残留热应力,导致晶格产生很大的畸变,表现为XRD半峰宽的值较高并且分布不均匀,甚至有些原生的磷化铟单晶片出现XRD双峰等.通过降低晶体生长过程的温度梯度,降低位错密度并减小晶体中的残留热应力可以提高晶体的完整性.利用高温退火处理也可有效地降低磷化铟晶体中的残留热应力.对磷化铟晶体生长过程中熔体的配比、掺杂浓度等条件对结构完整性的影响进行了分析.     

生长条件及退火处理对磷化铟单晶结构完整性的影响

利用X射线双晶衍射(XRD)技术研究了原生及退火处理后的磷化铟单晶的晶格完整性.原生磷化铟单晶中由于存在着大量的位错和高的残留热应力,导致晶格产生很大的畸变,表现为XRD半峰宽的值较高并且分布不均匀,甚至有些原生的磷化铟单晶片出现XRD双峰等.通过降低晶体生长过程的温度梯度,降低位错密度并减小晶体中的残留热应力可以提高晶体的完整性.利用高温退火处理也可有效地降低磷化铟晶体中的残留热应力.对磷化铟晶体生长过程中熔体的配比、掺杂浓度等条件对结构完整性的影响进行了分析.     

生长条件及退火处理对磷化铟单晶结构完整性的影响

利用X射线双晶衍射（XRD）技术研究了原生及退火处理后的磷化铟单晶的晶格完整性. 原生磷化铟单晶中由于存在着大量的位错和高的残留热应力，导致晶格产生很大的畸变，表现为XRD半峰宽的值较高并且分布不均匀，甚至有些原生的磷化铟单晶片出现XRD双峰等. 通过降低晶体生长过程的温度梯度，降低位错密度并减小晶体中的残留热应力可以提高晶体的完整性. 利用高温退火处理也可有效地降低磷化铟晶体中的残留热应力. 对磷化铟晶体生长过程中熔体的配比、掺杂浓度等条件对结构完整性的影响进行了分析.     

用液封法生长的InP单晶的制备和电学性质

已采用液封技术可靠地生长磷化铟的完整单晶。晶体是在一个压力箱室中约在27个大气压惰性气氛下从被液封的溶体中拉制出的。为了生产高质量的晶体,必须控制各种生长现象:基本的组分过冷以及双晶。这些方面将和观察到的位错及条纹一起进行讨论。同时也进行了有关生长高纯非掺杂 n 型材料及半绝缘材料的研究。对非掺杂的晶体的电学性质进行了分析。这些晶体的自由电子浓度在一个很大范围内变化可以用补偿来解释。     

VGF法中降温速率对InP单晶生长的影响

垂直梯度凝固(VGF)法生长磷化铟(InP)单晶时产生的缺陷主要有孪晶、位错、多晶等，这些缺陷严重影响了InP单晶的产量与品质。首先简述了VGF法生长InP单晶过程中容易产生的主要缺陷，然后通过实验对各生长阶段的降温速率进行调整，成功改善了孪晶、位错重复出现的情况。实验结果表明，增大放肩过程的降温速率有利于抑制放肩过程产生的内切孪晶，但容易增加晶体肩部的位错密度，至等径部位发生位错增殖。为解决此问题，实验在增加放肩降温速率的同时，适当减小了等径降温速率，从而有效抑制了等径部位的位错增殖。最终，实验中生长出了平均位错密度低于50 cm^-2的高质量掺S InP单晶。     

磷化铟的化学机械抛光技术研究进展

磷化铟单晶作为一种重要的外延层衬底材料被广泛应用于光电器件.衬底外延生长和电子器件制备要求磷化铟晶片表面具有极低的表面粗糙度、无表面/亚表面损伤和残余应力等,需对磷化铟晶片表面进行抛光加工,其表面质量决定了后续的外延层质量并最终影响磷化铟基器件的性能.综述了磷化铟晶体化学机械抛光(CMP)技术进展;介绍了磷化铟表面的化学反应原理、CMP去除机理;详细分析了磷化铟抛光液组分及pH值、抛光工艺参数(抛光压力、抛光盘转速、抛光垫特性、磨料种类、粒径及浓度)等对磷化铟抛光质量的影响;介绍了磷化铟抛光片的清洗工艺,并对磷化铟CMP的后续研究方向提出一些建议.     

无孪生磷化铟晶体生长(简报)

磷化铟作为新型化合物半导体材料,已在国内外引起广泛重视。它在微波和光电器件中都能应用,尤其是用它作衬底来生长GaInAsP异质结外延层,制造红外发光二极管、激光器和光雪崩二极管,作为长波长范围的光纤通信中的光源和探测器,已进入实用阶段。因此,生长质量好的InP单晶,便成为一个迫切需要研究的课题。Mullin首先用LEC法,在高压下制备了磷化铟单晶。但是,在其生长过程中,孪晶出现是一个比较突出的问题。许多研究工作者曾为此进行了不少工作,但迄今仍未找到有效防止孪晶出现的途径。我们工作是根据磷化铟生长特点:寻找     

液封直拉富铟InP中铟夹杂的纵向和横向分布

采用光学显微镜与红外透射显微镜相结合的方法,研究了磷化铟(InP)晶片中铟夹杂的形貌,通过比较含有铟夹杂的晶体与晶片,总结了铟夹杂在富铟磷化铟中的纵向与横向分布行为,并分析了熔体组分配比度、固液界面形貌以及温度梯度对铟夹杂分布行为的影响。在含有铟夹杂的单晶片中发现铟夹杂的一种特殊环形分布行为,对比和它相邻的晶片,发现这种环形分布呈现出沿生长方向直径逐渐变小的趋势,初步分析与固液界面呈微凸的形貌有关。在这种特殊分布中,发现部分铟夹杂呈四方对称分布。结合磷化铟的晶体结构,分析这种对称分布与固液界面处的{111}晶面有关。     

InP中的深能级杂质与缺陷

综述了近年来关于InP中深能级缺陷和杂质的研究工作。讨论了深能级杂质及缺陷对InP材料性能的重要影响;介绍了深能级瞬态谱(DLTS)、光致发光谱(PL)、热激电流谱(TSC)、正电子寿命谱(PAS)、正电子深能级瞬态谱(PDLTS)等几种研究深中心的方法在研究InP时的某些特点;综合深能级缺陷和电学性质的测试结果,证明了半绝缘InP单晶材料的电学性能、热稳定性、均匀性等与材料中一些深能级缺陷的含量密切相关;分析了对掺铁和非掺退火两种半绝缘InP材料中深能级缺陷对电学补偿的影响;评述了对InP中的一些深中心所取得的研究成果和半绝缘InP的形成机理。     

富磷熔体中生长的φ100 mm掺硫InP单晶研究

采用原位磷注入合成法在高压单晶炉内合成富磷的磷化铟 (In P)熔体 ,并利用液封直拉法 (LEC)生长出了 1 0 0 mm In P掺硫单晶材料。对富磷单晶分别用快速扫描光荧光谱技术、腐蚀金相法和扫描电镜进行了研究。结果表明在富磷量足够大的情况下 ,晶片上会出现孔洞 ,并对孔洞周围位错的形成原因及分布进行了分析。 1 0 0 mm In P单晶的平均位错密度也没有明显的增加 ,为今后生长更大尺寸的完整 In P单晶奠定了良好的基础     

大直径InP单晶生长研究

生长高质量、大直径的单晶是当前InP晶体生长的发展方向,减少孪晶的产生一直是InP单晶生长技术的研究重点.通过对高压液封直拉法InP单晶生长过程中的几个重要因素包括加热器和保温系统、掺杂剂、坩埚和生长参数等的分析,设计了合适的热场系统和生长条件,有效地降低了孪晶产生的几率.在自己设计并制造的高压单晶炉内首先将In和P进行合成,然后采用后加热器加热、坩埚随动等技术重复生长了直径为100～142 mm的大直径InP单晶.讨论了关于避免孪晶产生的关键技术,所提到的条件都得到优化后,单晶率就会大幅上升.     

InP单晶材料现状与展望

介绍了制备InP单晶材料的主要方法,包括传统液封直拉技术(LEC)、改进的LEC技术、气压控制直拉技术(VCZ0PC-LEC)0垂直梯度凝固技术(VGF)0垂直布里奇曼技术(VB)等。对这些方法进行了分析和对比,指出各种方法的优势和发展方向。还讨论了大直径InP单晶生长技术的发展和关键因素。     

磷化铟单晶衬底的缺陷控制和高质量表面制备

分析研究了一些缺陷对InP单晶衬底的影响,包括团状结构位错的产生及其对晶格完整性的影响,坑状微缺陷、晶片抛光损伤和残留杂质的清洗腐蚀等.对这些缺陷的形成原因和抑制途径进行了分析.在此基础上获得了"开盒即用(EPI-READY)"、具有良好晶格完整性、表面无损伤的InP单晶衬底抛光片.     

液封合成与切氏法生长InP单晶

——本文介绍一种制备InP单晶的新工艺.工艺特点是实验周期短和沾污少.晶体电学参数已达到N_D-N_A=4.53×10~(15)cm~(-3)和μ_(77K)=29920cm~2/V·s.(111)In面的位错密度为10~3～10~4cm~(-2).单晶锭重约200克.在掺Sn-InP衬底上汽相外延生长的InP层用于制做体效应器件,在58.3GHz下有120mW的输出功率和2.08%的效率.     

LEC─InP晶体中孪晶现象的分析

通过对产生孪晶的工艺条件的研究比较，分析了ＬＥＣ－ＩｎＰ晶体中产生孪晶的原因。实验证明，建立一个稳定合适的热场、保持Ｂ＿２Ｏ＿３的透明度、控制好掺杂量等是减少孪晶的必要条件。     

MLEK crystal growth of (100) indium phosphide

We have used a combined magnetic liquid encapsulated Kyropoulos/Czochralski (MLEK/ MLEC) technique to produce twin-free indium phosphide (InP) crystals. This technique has advantages over the standard LEC method used for commercial production of InP. By stabilizing convective flows with a magnetic field and controlling the angle between solid and liquid, one can grow large diameter twin-free (100) InP crystals; they are shaped with a flat top as is typical for Kyropoulos growth, and then pulled from the magnetically stabilized melt as in Czochralski growth. This shaping method has the benefit of maximizing the number of single crystal wafers which can be sliced from the boule. MLEK InP growth is distinguished from other methods such as LEC and MLEC with respect to solid-liquid interface shape, dislocation density, and impurity distribution. This process has demonstrated that twin-free InP (100) crystals can be consistently grown.     

Lpe highly perfect ingaasp/lnp structure characterization by x-ray double crystal diffractometry

X-ray double crystal diffractometry has been used to assess the crystal quality of InGaAsP/ InP single heterostructures grown by liquid phase epitaxy. Diffraction profiles have been obtained in the parallel non-dispersive configuration, using Cu Kα₁ radiation, 004 symmetric reflection and a perfect InP crystal as a monochromator. Several structures, with different lattice mismatches, ranging from positive to negative values, have been investigated. The epilayer Bragg peak was found to be as narrow as theoretically predicted, if thickness effects are taken into account. Pendellosung fringes have been observed at the low angle side of the peak, thus the epilayer thickness could be measured. Finally, the sample curvature has been evaluated from the broadening of the substrate Bragg peak and, when the broadening was sufficiently large, a good agreement with that calculated from the elastic theory has been found. All the results demonstrate that the structures investigated are characterized by a very high crystal quality.