高质量、大直径磷化铟单晶研究

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1、天津大学硕士学位论文高质量、大直径磷化铟单晶研究姓名：孙聂枫申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：吴霞宛;郭维廉20040201中文摘要InP以其众多的优越特性使之在许多高技术领域有广泛应用。掺硫N型InP材料用于激光器、发光二极管、光放大器、光纤通信等光电领域。半绝缘(SI)InP主要用于微电子器件和光电集成。为了降低成本，适应新型器件制造的要求我们开展了高质量①4英寸(直径100mm)InP单晶生长和性质研究。首先解决大容量直接合成技术，其次解决大直径单晶生长的关键技术，保证了一定的成

2、晶率。并采用降低温度梯度等措施，降低位错密度，提高晶体完整性。制各出的直径4”掺硫InP整锭<100>InP单晶和单晶片。经过测试其平均EPD小于5×10％m～，载流子浓度为3．6x1018cm～。通过对高压液封直拉法单晶生长过程的热传输和影响熔体温度起伏的几个关键因素的分析，研究适合生长<100>晶向磷化铟单晶的热场系统，有效地降低了孪晶产生的几率，重复地生长出了整锭掺硫和掺铁的、直径为3英寸和4英寸的<100>磷化铟单晶。测试结果表明我们生长<100>磷化铟单晶的热场在生长过程中使晶锭保持较为平坦的固

3、液界面，这样可稳定地获得具有低的缺陷密度和良好的电学均匀性的高质量磷化铟单晶材料。本文对影响材料成晶的放肩角进行了研究，一般生长大直径单晶采用大于700或平放肩技术都可以有效的避免孪晶的产生。本工作还用一种直接磷注入合成和LEC晶体生长方法制备InP多晶并连续生长非掺杂和掺铁InP单晶。本文讨论了合成InP多晶和生长InP单晶的工艺技术。高纯InP是制各高质量InP单晶特别是低铁含量的半绝缘和非掺杂退火半绝缘InP单晶的前提条件。用这种方法得到的材料中Si沾污的浓度非常低。InP中作为有害的施主主要就是S

4、i。我们制备的InP可以经过退火制备出非掺杂半绝缘InP和低铁含量的半绝缘In／)。本文提出了一个模型来解释InP体单晶半绝缘的形成的机理，并利用正电子学技术研究了半绝缘InP的物理特性。关键词：磷化铟单晶大直径高质量ABSTRACTIndiumPhosphideisakindofimportantsemiconductormaterial．InPisbeingusedasaplatformforawidevarietyoffibercommunicationscomponents，includingla

5、sers，LEDs，Semiconductoropticalamplifiers，modulatorsandphoto—detectors．Semi—InsulatingInPisusedinmicroelectronicsdevicesandintegratedopto-electroniccircuits．ThispaperusedadirectP—injectionsynthesisandLECcrystalgrowthmethodtopreparepolycrystallineInPandtogr

6、owhighquality,largediameterInPsinglecrystalinapuller．Crystallineperfectionofourfour-inchInPwasstudiedbyEPDmeasurementof(100)wafers．ThemeasuredaverageEPDoffour-inchS-dopedsubstratescouldbereducedtolessthan5x104cm～．ThecarrierconcentrationoftheS-doped／riPis3

7、．6x1018cm～．Twin-flee<100>InPsinglecrystalswith4inchdiametershavebeengrownreproduciblythroughtheoptimizationofthermalfield．Thethermalfieldwasstudiedbyananalysisoftheheattransferandafewkeyfactorsinfluencingthetemperaturefluctuationofthemeltintheliquidencaps

8、ulatedCzochraski(LEC)process．Thesolid—liquidinterfaceofInPcrystaliskeptflatasrevealedbyobservationofimpuritystriation．InPwaferwithgoodelectricaluniformityandlowdislocationdensitycanbeobtained．Controlledtheangleofthe