一種磷化銦單晶的生長方法及生長裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于晶體生長技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磷化銦單晶的生長方法及生長裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]磷化銦(InP)是最早被制備出的II1-V族化合物，也是最重要的II1-V族半導(dǎo)體材料之一。目前，隨著光纖通信、高速電子器件、高效太陽能電池以及激光二極管的快速發(fā)展，InP晶體的一系列優(yōu)越特性得以發(fā)揮，引起人們越來越多的關(guān)注。
[0003]目前磷化銦的生長方法主要包括LEC法和VGF法兩種。LEC法，也稱液封直拉法。這種方法設(shè)備成本較高，晶體應(yīng)力較大，位錯(cuò)密度高，晶體生長工藝復(fù)雜，不利于生長高質(zhì)量大尺寸的單晶。
[0004]目前應(yīng)用較多的是VGF法，也稱垂直梯度凝固法。美國貝爾實(shí)驗(yàn)室與上世紀(jì)80年代首次使用VGF法制備II1-V族化合物，該方法是將裝有磷化銦多晶原料的容器垂直置于爐中設(shè)定的相應(yīng)溫度梯度部位，容器周圍分布有紅磷，待多晶原料全熔后，從下部一端緩慢結(jié)晶并延續(xù)到上部一端的晶體生長方法。該方法因?yàn)樯L速度較慢，溫度梯度很小，因此晶體所受應(yīng)力較小，所以可以生長出位錯(cuò)密度相對較低的晶體材料。
[0005]公開號為CN 104047055A的中國專利公開了一種磷化銦的生長方法，采用了如下配比的原料:InP多晶料96.50?97.50%，三氧化二硼1.40?2.00%，紅磷1.00?1.50%，硫0.01?0.02%。該方法添加了摻雜劑硫以降低磷化銦單晶的位錯(cuò)密度，并且，該方法紅磷用量較大，晶體生長后多余的磷需要燃燒處理，危險(xiǎn)性極大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種磷化銦單晶的生長方法及生長裝置，本發(fā)明提供的生長方法無需添加摻雜劑，即可得到具有較低位錯(cuò)密度的磷化銦單晶，并且紅磷用量較少，安全性高。
[0007]一種磷化銦單晶的生長方法，包括以下步驟:
[0008]采用垂直梯度凝固法，將磷化銦籽晶、磷化銦多晶、三氧化二硼和紅磷進(jìn)行加熱，進(jìn)行晶體生長，得到磷化銦單晶；
[0009]所述紅磷占磷化銦多晶、三氧化二硼和紅磷三者總質(zhì)量的0.05?0.1%。
[0010]優(yōu)選的，所述紅磷占磷化銦多晶、三氧化二硼和紅磷三者總質(zhì)量的0.06?0.09%。
[0011]優(yōu)選的，所述紅磷的純度為6N。
[0012]優(yōu)選的，所述三氧化二硼為無水三氧化二硼；
[0013]所述三氧化二硼的純度為5N。
[0014]優(yōu)選的，所述磷化銦多晶占磷化銦多晶、三氧化二硼和紅磷三者總質(zhì)量的96.5?97.5% ；
[0015]所述三氧化二硼占磷化銦多晶、三氧化二硼和紅磷三者總質(zhì)量的2.4?3.4%。
[0016]優(yōu)選的，所述加熱過程具體包括以下步驟:
[0017]以第一溫度進(jìn)行加熱I?12小時(shí)，然后以第一速率降溫至第二溫度，再以第二速率降溫至第三溫度，得到磷化銦單晶；
[0018]所述第一溫度為1100?1230°C ；
[0019]所述第二溫度為900?1000°C ；
[0020]所述第三溫度為20?35°C ;
[0021]所述第一速率為0.5?2V /小時(shí)；
[0022]所述第二速率為3?15°C /小時(shí)。
[0023]優(yōu)選的，所述晶體生長在無水的環(huán)境中進(jìn)行。
[0024]一種磷化銦單晶的生長裝置，包括:耐壓腔體；
[0025]設(shè)置在所述耐壓腔體內(nèi)的保溫腔體；
[0026]設(shè)置在所述保溫腔體內(nèi)且頂部可密封的第一坩禍；
[0027]設(shè)置在所述保溫腔體和所述第一坩禍之間的加熱器；
[0028]設(shè)置在所述第一坩禍內(nèi)的第二坩禍和設(shè)置在所述第一坩禍內(nèi)底部的底座，所述第二坩禍放置在所述底座上；
[0029]所述第二坩禍用于生長晶體，所述第二坩禍包括坩禍壁和坩禍底，所述坩禍壁具有傾角。
[0030]優(yōu)選的，所述第一坩禍為石英坩禍。
[0031]優(yōu)選的，所述第二坩禍為熱解氮化硼坩禍。
[0032]本發(fā)明提供了一種磷化銦單晶的生長方法，包括以下步驟:采用垂直梯度凝固法，將磷化銦籽晶、磷化銦多晶、三氧化二硼和紅磷進(jìn)行加熱，進(jìn)行晶體生長，得到磷化銦單晶；所述紅磷占磷化銦多晶、三氧化二硼和紅磷三者總質(zhì)量的0.05?0.1%。本發(fā)明提供的生長方法無需添加鐵或硫等摻雜劑，即可得到位錯(cuò)密度較低的磷化銦單晶，簡化了工藝，節(jié)約了成本，并且，本發(fā)明中紅磷的用量較小，為原料總量的0.05?0.1%，僅為現(xiàn)有技術(shù)中紅磷用量的十分之一，降低了生產(chǎn)中的危險(xiǎn)性。試驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的生長方法得到的磷化銦單晶的平均位錯(cuò)密度為2000?4000/cm2，局部位錯(cuò)密度在500/cm2以下。
[0033]另外，本發(fā)明提供的磷化銦生長裝置不需要外部容器控制壓力，簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)、維護(hù)方便、使用壽命長。
【附圖說明】
[0034]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0035]圖1為本發(fā)明提供的磷化銦生長裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]本發(fā)明提供了一種磷化銦單晶的生長方法，包括以下步驟:
[0037]采用垂直梯度凝固法，將磷化銦籽晶、磷化銦多晶、三氧化二硼和紅磷進(jìn)行加熱，進(jìn)行晶體生長，得到磷化銦單晶；
[0038]所述紅磷占磷化銦多晶、三氧化二硼和紅磷三者總質(zhì)量的0.05?0.1%。
[0039]本發(fā)明提供的生長方法得到的磷化銦單晶的平均位錯(cuò)密度低，并且紅磷用量少，
安全性高。
[0040]本發(fā)明將磷化銦籽晶、磷化銦多晶、三氧化二硼和紅磷進(jìn)行加熱，進(jìn)行晶體生長，得到磷化銦單晶，本發(fā)明優(yōu)選以第一溫度對上述原料進(jìn)行加熱，然后以第一速率降溫至第二溫度，再以第二速率降溫至第三溫度，得到磷化銦單晶。在本發(fā)明中，所述磷化銦籽晶<100>方向的位錯(cuò)密度優(yōu)選小于2000g/cm2，更優(yōu)選小于1800g/cm2;所述磷化銦籽晶的直徑優(yōu)選為3?6mm，更優(yōu)選為4?5mm ;所述磷化銦籽晶的長度優(yōu)選為20?40mm，更優(yōu)選為25?35mm，最優(yōu)選為30mm。
[0041]在本發(fā)明中，所述磷化銦多晶優(yōu)選占磷化銦多晶、三氧化二硼和紅磷三者總質(zhì)量的96.5?97.5%，更優(yōu)選為96.7?97%。
[0042]在本發(fā)明中，所述三氧化二硼優(yōu)選為無水三氧化二硼，所述三氧化二硼的純度優(yōu)選為5N(純度為99.999% );所述三氧化二硼優(yōu)選占磷化銦多晶、三氧化二硼和紅磷三者總質(zhì)量的2.4?3.4 %，更優(yōu)選為2.5?3.2 %，最優(yōu)選為2.9?3.1 %。三氧化二硼熔體的密度較磷化銦熔體小，而且無水三氧化二硼熔點(diǎn)低，不與磷化銦反應(yīng)。在加熱器溫度達(dá)到445°C時(shí)，三氧化二硼首先熔化，并附著在磷化銦多晶表面，有利于減少了磷化鎵熔體中的磷的揮發(fā)，維持磷化銦的化學(xué)計(jì)量比平衡。
[0043]在本發(fā)明中，所述紅磷的純度優(yōu)選為6N(純度為99.9999% );所述紅磷占磷化銦多晶、三氧化二硼和紅磷三者總質(zhì)量的0.05?0.1%，優(yōu)選為0.06?0.09%。在晶體生長時(shí)，高純紅磷升華，在石英坩禍密閉的環(huán)境中形成一定的磷分壓，減少了磷化銦熔體中磷揮發(fā)造成的化學(xué)計(jì)量失衡，提高了磷化銦的晶體質(zhì)量。本發(fā)明采用很少量的紅磷就能夠達(dá)到上述目的，降低了后期紅磷處理時(shí)的危險(xiǎn)性，同時(shí)也降低了成本。
[0044]在本發(fā)明中，所述第一溫度優(yōu)選為1100?1230°C，更優(yōu)選為1150?1200°C;以所述第一溫度加熱的時(shí)間優(yōu)選為I?12小時(shí)，更優(yōu)選為2?10小時(shí)，最優(yōu)選為3?8小時(shí)；本發(fā)明優(yōu)選在所述磷化銦籽晶熔化1/3左右的時(shí)候以第一速率進(jìn)行降溫，實(shí)現(xiàn)晶體自下而上的生長，所述第一速率優(yōu)選為0.5?2°C /小時(shí)，更優(yōu)選為0.8?1.50C /小時(shí)，最優(yōu)選為I?1.2°C /小時(shí)；所述第二溫度優(yōu)選為900?1000°C，更優(yōu)選為950?980°C;所述晶體生長時(shí)的生長速度優(yōu)選為I?3_/小時(shí)，更優(yōu)選為1.5?2.5mm/小時(shí)，過快的晶體生長速率會導(dǎo)致應(yīng)力較大，氣孔，甚至多晶；過慢的生長速率容易導(dǎo)致孿晶等缺陷。在降溫至所述第二溫度時(shí)，晶體生長結(jié)束，然后以第二速率降至第三溫度，得到磷化銦單晶，所述第二速率優(yōu)選為3?15°C /小時(shí)，更優(yōu)選為5?10°C /小時(shí)，最優(yōu)選為6?9°C /小時(shí)；所述第三溫度優(yōu)選為20?35°C，更優(yōu)選為25?30°C。過快的降溫速率會導(dǎo)致晶體應(yīng)力過大，晶體開裂等問題；較小的降溫速率會導(dǎo)能源浪費(fèi)，增加晶體生產(chǎn)周期等問題。
[0045]本發(fā)明優(yōu)選在無水的環(huán)境中進(jìn)行，以避免三氧化二硼吸收水分。本發(fā)明優(yōu)選將所述晶體生長