[发明专利]一种磷化镓多晶体中掺锌方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化合物半导体晶体中掺杂方法，具体地说，是涉及一种磷化镓多晶体中掺锌方法。

背景技术

磷化镓晶体分多晶和单晶。磷化镓单晶材料是制备发光二极管LED的主要衬底，可用于制造红、黄、绿色发光二极管。同时磷化镓多晶亦可作为制备LED的源材料。在作为源材料时，通常用的是非掺杂磷化镓多晶体，磷化镓非掺杂晶体在室温下为橙红色透明固体。而为衬底材料时，多为磷化镓N型或P型单晶。目前尚未制得非掺杂半绝缘磷化镓单晶，要得到半绝缘磷化镓单晶只能像其他III-V族化合物半导体材料一样，通过引入深能级杂质，如掺入Cr、Fe、O等元素中的一种或两种而成为半绝缘材料。现在工业用N型磷化镓单晶通常通过掺入S、Si、Te杂质制得。而工业制备P型磷化镓单晶是通过掺入Zn杂质获得。

掺Zn磷化镓单晶用于LPE法或VPE法外延制备黄色、黄绿色LED。现代半导体工业生产磷化镓单晶都是在高压合成炉中，采用定向凝固工艺合成磷化镓多晶，进行适当处理后装入高压单晶炉用高压LEC法生长<111>、<115>晶向的单晶。为获得掺Zn磷化镓单晶，通常是将掺杂剂Zn和非掺磷化镓多晶一起放入石英埚中，然后在上面放入氧化硼覆盖剂，装入高压单晶炉中生长单晶。由于Zn在磷化镓熔点时(1467℃)的饱和蒸汽压接近5MPa，因此在单晶生长过程中，不断有Zn从磷化镓熔体中挥发出来，使氧化硼覆盖剂变黑，影响观察，严重影响引晶和用浮舟控制晶体直径，使单晶成品率变低。同时，由于Zn的挥发，加上Zn在磷化镓中很低的有效分凝系数，使单晶的掺杂浓度很难控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷化镓多晶体中掺锌方法，采用该方法能够很好的控制掺杂浓度，采用此方法合成的多晶进行单晶拉制时又不至于有太多的锌挥发，提高单晶成品率。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

这种磷化镓多晶体中掺锌方法，它是一种在磷化镓多晶合成过程中掺入锌杂质，其中，将锌放入装镓的石墨管中，将石墨管封在石英反应管中，放入高压区熔合成炉，将镓端升温、磷端升温，到达温度后开始合成，移动石英反应管，对磷端进行升温，测试合成好的掺锌磷化镓多晶头尾杂质浓度。

它包括以下具体步骤：

1.将1～8克锌放在已装入镓的石墨管中，放置在离石墨管头部的1/2～2/3处；

2.将石墨管封在石英反应管中，放入高压区熔合成炉，熔区长度设定为8～13cm；

3.将镓端温度升至1450～1500℃，将磷端温度升温至520～540℃开始合成；

4.以7～8厘米/小时的速度移动石英反应管，同时以30～40℃/小时的升温速率对磷端进行升温，完成合成过程；

5.将合成好的掺锌磷化镓多晶取出后，测试其头尾杂质浓度。得到的磷化镓多晶掺杂浓度不小于2×10¹⁸cm^-3。

高压区熔合成炉为公知的设备，

合适宽度的熔区指镓端石墨管加热区长度。

本发明的优点是：

由于采用高压区熔合成，将锌放置在合适位置，通过控制磷端温度，进而控制磷蒸汽压，抑制了锌的蒸发，合适宽度的熔区又能使锌在整根磷化镓多晶锭中更均匀分布。

采用本发明合成的磷化镓多晶，可以直接用于拉制掺锌磷化镓单晶，而不用在单晶拉制时另外加入杂质锌。因此，单晶拉制过程减少了锌的挥发，便于拉晶过程的观察，有利于提高单晶成品率，又能很好地控制单晶的掺杂浓度。

附图说明

图1是本发明一种磷化镓多晶体中掺锌方法的流程框图。

具体实施方式

本发明一种磷化镓多晶体中掺锌方法采用设备为高压合成炉。

下面以具体实施例对本发明做进一步说明：

实施例1：

1.将1克锌放在已装入镓的石墨管中，放置在离石墨管头部的1/2处；

2.将石墨管封在石英反应管中，放入高压区熔合成炉加热合成，熔区长度设定为8cm；

3.将镓端温度升至1470℃，将磷端温度升温至520℃开始合成；

4.以7厘米/小时的速度移动石英反应管，同时以30℃/小时的升温速率对磷端进行升温，完成合成过程；

5.将合成好的掺锌磷化镓多晶取出后，测试其头尾杂质浓度。得到的磷化镓多晶头部掺杂浓度为3.6×10¹⁸cm^-3。

实施例2：

1.将3克锌放在已装入镓的石墨管中，放置在离石墨管头部的1/2处；