光電器件用砷化鎵體單晶材料的制備技術(shù)的研究.pdf

1、二十一世紀(jì)被認(rèn)為是光電子的世界，以GaAs基光電器件為代表的化合物半導(dǎo)體器件在其中起著舉足輕重的重要作用。自GaAs材料被發(fā)現(xiàn)具有半導(dǎo)體性質(zhì)以來，GaAs單晶材料的性質(zhì)、制備技術(shù)一直就是半導(dǎo)體材料研究領(lǐng)域最活躍的部分。本論文要重點(diǎn)論述的就是GaAs材料的制備技術(shù)。
　　 從GaAs材料的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方法來講，它經(jīng)歷了三個(gè)主要階段：HB技術(shù)、LEC技術(shù)、VB/VGF技術(shù)階段。VB技術(shù)在國外形成于二十世紀(jì)九十年代。在進(jìn)一步規(guī)?；a(chǎn)、

2、降低成本、提高材料性能方面起到了至關(guān)重要的作用。由于VB技術(shù)的實(shí)用化及規(guī)?；?，使得以GaAs襯底制備的LD、LED的市場規(guī)模迅速膨脹，帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的升級換代，帶來了新的照明革命。
　　 本文作者自2000年開始率先在國內(nèi)進(jìn)行VB技術(shù)的研究。通過多年努力，建立了國內(nèi)唯一一條VB-GaAs晶體生產(chǎn)線，填補(bǔ)了國內(nèi)GaAs材料研究的空白，使得我國的GaAs材料的研究與生產(chǎn)能夠緊跟國際先進(jìn)技術(shù)，為該材料的國產(chǎn)化打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

3、r>　　 本論文在詳細(xì)描述GaAs單晶材料的一般物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、及半導(dǎo)體特性基礎(chǔ)上，介紹了GaAs材料在半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的應(yīng)用。在介紹了各種產(chǎn)業(yè)化的GaAs單晶材料的生產(chǎn)工藝方法的基礎(chǔ)上，通過晶體生長理論的敘述及科學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述對比，重點(diǎn)論述了作者在VB技術(shù)的建立及改進(jìn)中的具有獨(dú)創(chuàng)性的工作，對VB－GaAs技術(shù)中的主要工藝技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)論述，特別是通過以下幾個(gè)方面的相關(guān)技術(shù)的研究，全面提升了用于光電器件的摻硅的VB-GaAs襯底材

4、料的生產(chǎn)技術(shù)。
　　 1、確立VB晶體生長工藝中熱場設(shè)計(jì)與控制技術(shù)。
　　 熱場的設(shè)計(jì)，即在單晶的生長環(huán)境中選擇什么樣的軸向溫度分布、徑向溫度分布是晶體生長的關(guān)鍵。針對VB工藝的特點(diǎn)，結(jié)合晶體生長工藝實(shí)驗(yàn)分析，在確定選擇合適的軸向溫度分布曲線，確定引晶點(diǎn)的溫度梯度方面進(jìn)行了不斷的嘗試。在本論文中，重點(diǎn)介紹了熱場中各相關(guān)因素對晶體質(zhì)量的影響。通過對加熱器形狀的改進(jìn)、幾何尺寸的調(diào)整、各溫區(qū)溫度的匹配，控溫方式的改善等過程的描

5、述，確立了如何設(shè)計(jì)、建立合適的熱場，控制固液界面形狀的工藝技術(shù)。
　　 2、開發(fā)實(shí)用化的引晶技術(shù)。
　　 對于VB技術(shù)來講，為了保證對稱的熱場條件，降低設(shè)備制造成本，在單晶爐的設(shè)計(jì)中沒有設(shè)計(jì)視窗。同時(shí)，晶體生長過程是在不透明的pBN坩堝中進(jìn)行，也沒有手段進(jìn)行觀察。但是，引晶的好壞，決定著工藝的成敗。為了有效地解決引晶問題，保證引晶的成功率，在設(shè)備設(shè)計(jì)中增加了獨(dú)創(chuàng)的檢視手段，有效地控制了籽晶的熔化程度，可將籽晶的熔化控制在

6、mm量級的范圍內(nèi)，保證了引晶成功率，為制備合格的晶體提供了基本保證。
　　 3、提出并驗(yàn)證控制摻雜劑量的修正公式。
　　 對于光電器件用的GaAs材料來說，主要的摻雜劑是硅。通過硅的適量摻雜保證器件制備所需要的襯底材料的電學(xué)特性。按照傳統(tǒng)理論公式進(jìn)行計(jì)算，所得到的摻雜劑量在實(shí)際工藝中遇到了問題。本文對這一現(xiàn)象進(jìn)行了理論分析，找到了問題產(chǎn)生的原因，并通過工藝驗(yàn)證，提出了修正公式。該公式經(jīng)過了大量的工藝實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，據(jù)此生產(chǎn)的產(chǎn)