非配比磷化铟材料制备及相关缺陷研究

《非配比磷化铟材料制备及相关缺陷研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文非配比磷化铟材料制备及相关缺陷研究论文作者：韩应宽学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：微电子学与固体电子学指导教师：杨瑞霞职称：教授合作指导教师：孙聂枫职称：研究员资助基金项目：国家自然科学基金项目(51401186)；天津市自然科学基金项目(15JCZDJC37800)；河北省自然科学基金项目(F2014202184)DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMicroelectronicsandSolidStateElec

2、tronicsTHEPREPARATIONOFNON-STOICHIOMETRYINPCRYSTALANDTHESTUDYOFRELATEDDEFECTSbyHanYingkuanSupervisor:Prof.YangRuixiaMay2017ThisworksupportedbytheNationalScienceFoundationofChina.NO.51401186,TianjinProvinceNaturalScienceFoundationofChina.NO.15JCZDJC37800,andHebeiProvinceNaturalScienceFoundati

3、onofChina.NO.F2014202184.摘要近几年，随着光电集成芯片、高速电子器件的发展，作为器件衬底的磷化铟材料越来越被重视。然而，在磷化铟的制备过程中，熔体的配比度对晶体质量及光电特性有重要影响。本文将晶体生长模拟实验与实际的拉晶工艺相结合，分别在富铟和富磷熔体中生长出单晶，并对富铟熔体生长产生的铟夹杂和富磷熔体生长引起的气孔进行研究。采用金相显微镜及扫描电子显微镜观察了铟夹杂和气孔；采用Huber腐蚀剂和金相显微镜对铟夹杂及气孔周围的位错分布进行了研究；用霍尔测试对磷化铟晶片的电学特性进行了研究；采用光致发光谱技术对InP晶片进行了光学表征；采用X射线衍射技术对

4、铟夹杂及气孔周围的结晶质量进行了研究。在晶体生长模拟实验的研究中，发现坩埚转速对InP熔体对流影响剧烈，晶体转动对InP熔体对流影响较小，而且在晶体转速不变的情况下，随着坩埚转速的提升，晶体固液界面有凸向熔体的趋势，随着晶体转速的增大，固液界面有凹向熔体的趋势。坩埚转速在10r/min时，晶体转速在5-10r/min之间熔体较稳定。对富铟熔体生长晶体的研究中，分析了铟夹杂平行<011>方向的原因，认为铟夹杂形成于小平面之间，而晶体生长界面前沿的小平面沿<011>方向，同时分析了晶体生长速率对铟夹杂形成的影响，认为存在临界速率，当晶体生长速率大于临界速率时形成铟夹杂，反之则不易形

5、成铟夹杂。位错腐蚀及XRD表明，铟夹杂造成晶格畸变，引起晶体位错，严重损害晶体质量。霍尔测试分析表明，富铟磷化铟晶锭尾部的铁原子浓度比近化学配比的铁浓度低，富铟熔体生长的晶锭尾部的迁移率明显要低，PL-mapping分析显示晶体内铟夹杂的存在可能导致其周围禁带宽度变大。对富磷熔体生长的晶体的研究中，分析了气孔长大的原因，认为是由于气孔下方热量不易散出，导致气孔下方的熔体温度比周围晶体温度高，气孔被两侧快速生长的区域包围长大。位错腐蚀显示，距离气孔越近位错密度越高，距离越远位错密度越低，XRD测试表明，晶片上气孔聚集区域晶体的结晶质量较差。关键字：磷化铟铟夹杂气孔化学配比晶体生长

6、模拟IABSTRACTInrecentyears,withthedevelopmentofhigh-speedoptoelectronicICandelectronicdevices,InPmaterialshaveattractedmoreandmoreattentions.However,thestoichiometryofInPmelthasagreatinfluenceoncrystalqualityandopticalpropertiesofInPcrystal.Wecombinedcrystalgrowthsimulationwiththepullingproces

7、s,andpullingInPsinglecrystalfromindiumrichedandphosphorusrichedmeltrespectively,theindiuminclusionswhichwerefoundinthecrystalgrownfromindiumrichedmeltandtheporeswhichwerefoundinthecrystalgrownfromphosphorusrichedmeltwerewellstudied.Usingmetallurgic