砷化镓单晶制备

砷化镓（GaAs）单晶的制备基于布里奇曼法123布拉奇曼的原理GaAs单晶的制备几种GaAs单晶制备方法比较GaAs单晶体及器件砷化镓属III-V族半导体，具有高速、高频、耐高温、低噪声和发光等特点。是继锗、硅之后最主要的半导体材料之一，它具有迁移率高，禁带宽度大(1.43eV),抗辐射等特点。我在这里讲述一下如何运用布里奇曼法制备砷化镓单晶。布拉奇曼法原理：将晶体生用的材料装在一定形状的坩埚中，缓慢地在一个具有一定温度梯度的加热炉中移动，在加热区域，坩埚中的材料被熔融，当坩埚持续移动时，坩埚某些部分的温度先下降到熔点以下，并开始结晶，晶体随坩埚移动而晶体持续长大。布里奇曼水平布拉奇曼法HBA.在抽真空的石英管内，一端放置盛高纯镓的舟，另一端放高纯砷。B.镓端位于高温区，砷端位于低温区。升温后，砷扩散到镓中形成GaAs。C.当合成反应达到平衡后，再以定向结晶的方式进行晶体生长，生长速度为3～12mm／h。水平布拉奇曼法HBA.在整个拉晶过程中，砷端永远控制在610～620℃以保持砷的平衡压力。B.为了减少硅的污染，常在高低温之间设一中温区以防止反应产物向冷端扩散，称“三温区法”。水平布拉奇曼法HB此法的优点是设备简单，可制备多种掺杂剂的不同电阻率的单晶，能降低位错密度，加工后的直径可达76mm圆片、250-600mm。缺点是截面为D形，需滚磨成圆形，造成材料的损耗；由于舟的污染，不能制备不掺杂高纯半绝缘GaAs单晶，单晶的位错密密度为500～10000cm-2。水平布拉奇曼法HB1HB水平布里支曼(1)主要技术指标■结构型式：单管水平式，加热炉体可左右移动■适合2~4″晶体生长工艺（可定制）。■炉体有效加热长度：1600mm。■最高工作温度：1300℃■恒温区精度（静态闭管）：±0.5℃■升温速率（室温～1260℃）：斜变升温速率可控在0～15℃/min■降温（1300℃～900℃）：0～5℃/min■供电电源：三相五线380V±10%50Hz水平布拉奇曼法HB垂直布里奇曼法VB垂直梯度凝固法(VGF)工艺过程：(1)熔化多晶料；(2)开始生长时坩埚底部100方向的籽晶处于慢速降温的温度梯度；(3)为调节化学计量比在熔体上方保持一定的As压；(4)生长完毕时晶体慢速冷却到室温。垂直布里奇曼法VBA.VB法与VGF法基本原理是相同的，最大的区别就是热场与坩埚相对移动的方式不同。B.VGF技术，坩埚是不移动的，而是调整各温区的温度，而VB技术中，热场固定不动，通过驱动坩埚进行移动，导致生长界面产生相对运动。C.由于控制过程的不同，设备成本有很大的区别，VB工艺设备相对更便宜。垂直布里奇曼法VB（原料准备）砷化镓多晶体垂直布里奇曼法VB1根据材料的性质选用的是电阻炉2最新的垂直梯度炉设备，采用计算机控制，设有48个控制点，可控制24-32炉温段，可直接生长出完整性好的圆形GaAs单晶。3容器为石英管，直径最大可达100mm和150mm。4不足之处是生长晶体时,无法观察和判断单晶生长情况,实现准确的温控需要进行大量试验之后取得经验。垂直布里奇曼法VBA.此处采用两温区管式生长炉生长GaAs单晶体。B.生长时加热炉上部温度高于下部温度，形成一定的温度梯度。C.下降装置是运用机电系统，容器可以悬挂着，或用带有移动装置的耐火管托着，可自生晶核为籽晶，也可用有一定晶向的籽晶。。垂直布里奇曼法VB在晶体生长过程中,当高温区和低温区的温度相差很小时，晶体生长速度小于坩埚下降速度,固-液界面就要向低温区移动。这种情况下,晶体很大部分以凹面生长，生长出来的晶体常有云层和杂质，甚至出现气泡，生长出的晶体的均匀性和完整性才较好，一般为1-60mm/h。单晶制备-生长炉（高温布里奇曼生长炉）1最高温度：2500°C2可在真空、惰性气体下工作，压力范围5x102至1500mbar（可定制高真空）3标准2-4个加热区（最多可定制20个加热区）4样品提拉速度1-60mm/h，专利传动技术，最大限度降低样品震动。5精确的样品定位，误差1mm6全自动控制单晶砷化镓利用垂直布里奇曼法生长出的砷化镓单晶GaAs单晶制备工艺比较在拉晶过程中，炉内的压力为1～2MPa。炉内的压力靠氮气维持。该法的优点是：单晶的纯度高，适合制备非掺杂高纯半绝缘GaAs单晶；晶体的截面为圆形。缺点是：设备昂贵；单晶的位错高，液封直拉法LECGaAs单晶制备工艺比较GaAs晶体的后续加工•晶体长成后，进行热处理以消除应力及改善电学性能，然后，进行头尾切割、滚圆、定向切割、倒角、研磨、抛光等精细加工，最终研制成具有优良的几何参数和表面状态的抛光片。ThankYou!