[发明专利]一种降低半绝缘磷化铟单晶深能级补偿缺陷的方法

说明书

一种降低半绝缘磷化铟单晶深能级补偿缺陷的方法，包括以下步骤：对半绝缘磷化铟单晶进行表面处理；选取与半绝缘磷化铟单晶的尺寸匹配的石英管，进行清洗烘干待用；将该半绝缘磷化铟单晶放入石英管内，并放入一定量的高纯红磷和铁粉；对装有半绝缘磷化铟单晶和高纯红磷及铁粉的石英管进行抽真空，并封口；将装有半绝缘磷化铟单晶和高纯红磷及铁粉的石英管放入高温退火炉内，在磷气氛和磷化铁气氛共同存在的气氛下高温退火。本发明的降低半绝缘磷化铟单晶深能级缺陷的方法将半绝缘InP晶体在P和FeP₂气氛下退火处理，能显著的减少InP晶片的深能级缺陷，可以获得电学性能优异、热稳定性好的半绝缘lnP单晶。

技术领域

本发明涉及半导体材料制备领域，具体地说，涉及一种降低半绝缘磷化铟单晶深能级补偿缺陷的方法。

背景技术

半绝缘InP(磷化铟)单晶衬底可以广泛应用于微电子和光电子器件。随着器件性能和可靠性的提高，要求半绝缘InP单晶材料具有较低的缺陷浓度及优良的电学均匀性和稳定性。在半绝缘InP单晶在生长过程中产生了各种缺陷，如位错、杂质沉积以及填隙、空位和反位等点缺陷，这些缺陷显著的影响单晶的电学性质。目前单晶生长技术有显著的改进，使得半绝缘InP单晶中的位错密度和杂质沉积浓度显著降低，但是材料中深能级点缺陷的存在，成为影响半绝缘InP单晶电学性质的重要因素。通过抑制深能级缺陷的产生将有效地提高材料的质量。

一般情况下生长的半绝缘lnP单晶材料中存在大量的深能级缺陷，其降低了单晶材料的质量和性能。研究发现，Fe(铁)在InP中产生了位于禁带中央附近的深受主能级，通过俘获电子补偿材料中的施主杂质，使得InP具有半绝缘性质。Fe在InP中有两个价态：Fe²⁺和Fe³⁺。Fe³⁺是中性的，Fe²⁺是Fe³⁺俘获一个电子后的电离态，因此在半绝缘InP中Fe²⁺的浓度等于净浅施主的浓度，这是半绝缘InP材料中必须满足的基本的补偿条件。通过适当的退火处理，提高铁占据铟位成为深受主的激活效率，可以有效地抑制这些深能级缺陷的产生。退火后，原生样品中深能级补偿缺陷被消除。随着深能级缺陷被消除，半绝缘InP的补偿度增大，电阻率和迁移率增加，因此在适当的条件下对对半绝缘InP材料进行退火处理可以消除残留的深能级缺陷，提高其电学性质。

高温退火时晶片处于真空环境中，而InP在高温下表面容易离解。如果在磷气氛下进行退火，离解现象会得到缓解，但是危险性提高，不容易控制石英管内外压差，容易炸裂。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种降低半绝缘磷化铟单晶深能级缺陷的方法，以降低半绝缘InP中深能级缺陷浓度，提高材料的电学性能。

一种降低半绝缘磷化铟单晶深能级补偿缺陷的方法，包括以下步骤：

步骤1：对半绝缘磷化铟单晶进行表面处理；

步骤2：选取与半绝缘磷化铟单晶的尺寸匹配的石英管，进行清洗烘干待用；

步骤3：将该半绝缘磷化铟单晶放入石英管内，并放入一定量的高纯红磷和铁粉；

步骤4：对装有半绝缘磷化铟单晶和高纯红磷及铁粉的石英管进行抽真空，并封口；

步骤5：将装有半绝缘磷化铟单晶和高纯红磷及铁粉的石英管放入高温退火炉内，在磷气氛和磷化铁气氛共同存在的气氛下高温退火。

优选地，在步骤1中，采用有机溶剂对半绝缘磷化铟单晶进行超声处理，并用去离子水冲洗干净，烘干备用。

优选地，所述有机溶剂是酒精、石油醚、丙酮中至少一种。

优选地，在步骤4中，在抽真空之前，先将封泡放置于石英管管口，其中，封泡是指外径小于石英管内径的一段封闭的管体。