[发明专利]磷化铟多晶料VGF或VB法生长单晶的装料方法

说明书

磷化铟多晶料VGF或VB法生长单晶的装料方法，涉及半导体材料单晶生长技术领域，具体涉及一种VGF法磷化铟单晶生长所需的多晶料及辅料的装料方法。本发明通过合理分配磷化铟多晶料的装料配比和不同尺寸料块的装料位置，以及红磷、掺杂剂和液封剂的用量及放置位置，有助于磷化铟多晶原料的快速熔化、掺杂剂的均匀分布、液封剂的有效侵润和红磷的蒸气压控制，有效提高磷化铟单晶的电阻率、载流子浓度、电子迁移率的均匀性。

技术领域

本发明涉及半导体材料单晶生长技术领域，具体涉及一种VGF或VB法磷化铟单晶生长所需的多晶料及辅料的装料方法。

背景技术

随着科技的不断发展，磷化铟单晶材料已成为继砷化镓材料之后的又一重要的半导体材料。磷化铟单晶按电学性质分为N型、P型和半绝缘型。N型磷化铟单晶主要通过掺S或Sn制备，主要应用于光纤通信领域中的高速光电器件，如激光二极管、发光二极管、光探测器等。P型磷化铟通过掺杂Zn来制备，主要应用于空间高效抗辐射太阳能电池。半绝缘(SI)磷化铟单晶主要通过掺Fe和高温退火非掺杂磷化铟两种方法制备，电阻率在1×10⁷-1×10⁸Ω·cm，多用于低噪声和宽带微波器件、末制导和抗干扰毫米波电子器件及光电集成电路等。

磷化铟在达到其熔点(1062℃)时，磷的离解压很高，约27.5atm，因此，通常是先在高压炉内使用高纯铟和高纯红磷先合成磷化铟多晶，再进行单晶生长。目前实际生产应用的磷化铟单晶生长方法主要有垂直梯度凝固法(VGF)、垂直布里奇曼法(VB)和液封直拉法(LEC)，其中垂直梯度凝固法和垂直布里奇曼法由于可以在单晶生长时获得更低的温度梯度，大大减小了晶体所受的热应力，所生长的磷化铟单晶中，位错密度比液封直拉法低了一个数量级。所以目前更为主流的磷化铟单晶生长方法是VGF或VB法。

VGF需要将磷化铟多晶料、掺杂剂及籽晶等装入坩埚内，然后又将坩埚装入石英安瓿瓶内进行密封，最后将装好的石英安瓿瓶放入VGF单晶炉内进行单晶生长。由于磷化铟是在27.5atm的压力下进行单晶生长的，需要在装料时按安瓿瓶剩余空间大小，装入一定量配比的红磷，保证挥发性组元磷的蒸气压控制，晶体表面不会发生离解。VGF法是通过设计特定的温度分布，即温度梯度和多段加热器的降温，使固液界面以一定速度由下往上“移动”，单晶从籽晶处由下往上生长。

在VGF法或VB法磷化铟单晶的实际生产中，合理分配磷化铟多晶料的装料配比和不同尺寸料块的装料位置，以及红磷、掺杂剂和液封剂的用量和放置位置，有助于多晶原料的快速熔化、掺杂剂的均匀分布、液封剂的有效浸润和红磷的蒸气压控制，有效提高晶体电阻率、载流子浓度、电子迁移率的均匀性，提高单晶生长的成功率和晶体质量。

发明内容

本发明提供了一种磷化铟多晶料VGF或VB法生长单晶的装料方法，可实现合理分配磷化铟多晶料的装料配比，以及不同尺寸料块在坩埚内合理放置，在VGF或VB单晶炉熔料过程中，坩埚锥形顶部的料块有效保护籽晶不被熔体浸润，并有助于磷化铟多晶原料的快速熔化、掺杂剂的均匀分布、液封剂的有效侵润和红磷的蒸气压控制。有效提高磷化铟单晶的电阻率、载流子浓度、电子迁移率的均匀性。

磷化铟多晶料VGF或VB法生长单晶的装料方法，所需装入坩埚的物料包括磷化铟多晶料、籽晶、掺杂剂、液封剂和红磷，其特征在于：

装入物料，由下至上依次为籽晶堵头、籽晶、第一弓形料、第一圆形料、第一多晶料块、第二多晶料块、第三多晶料块、第四多晶料块，第一至四多晶料块由圆形料和弓形料组成，第四多晶料中圆形料顶部开三个圆柱形孔；三个孔呈等边三角形均匀分布，用于放置掺杂剂。

所述第一弓形料的拱高为坩埚放肩高度的40％，厚度为坩埚直径的30％；第一圆形料的直径为坩埚直径的70％，厚度为坩埚放肩高度的25％；第一至四多晶料块中，圆形料的直径为坩埚直径的70％，厚度为不超过坩埚等径高度的25％，弓形料的拱高为坩埚直径的30％，厚度为不超过坩埚等径高度的25％。

所述的第一弓形料经过切磨处理，与坩埚锥部贴合。