光電器件用砷化鎵體單晶材料的制備技術的研究.pdf

1、二十一世紀被認為是光電子的世界，以GaAs基光電器件為代表的化合物半導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)具有半導體性質(zhì)以來，GaAs單晶材料的性質(zhì)、制備技術一直就是半導體材料研究領域最活躍的部分。本論文要重點論述的就是GaAs材料的制備技術。
　　 從GaAs材料的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方法來講，它經(jīng)歷了三個主要階段：HB技術、LEC技術、VB/VGF技術階段。VB技術在國外形成于二十世紀九十年代。在進一步規(guī)?；a(chǎn)、

2、降低成本、提高材料性能方面起到了至關重要的作用。由于VB技術的實用化及規(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)進行VB技術的研究。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)能夠緊跟國際先進技術，為該材料的國產(chǎn)化打下了堅實的技術基礎。

3、r>　　 本論文在詳細描述GaAs單晶材料的一般物理性質(zhì)、化學性質(zhì)、及半導體特性基礎上，介紹了GaAs材料在半導體器件領域的應用。在介紹了各種產(chǎn)業(yè)化的GaAs單晶材料的生產(chǎn)工藝方法的基礎上，通過晶體生長理論的敘述及科學實驗現(xiàn)象的描述對比，重點論述了作者在VB技術的建立及改進中的具有獨創(chuàng)性的工作，對VB－GaAs技術中的主要工藝技術進行了詳細論述，特別是通過以下幾個方面的相關技術的研究，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。
　　 1、確立VB晶體生長工藝中熱場設計與控制技術。
　　 熱場的設計，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鍵。針對VB工藝的特點，結(jié)合晶體生長工藝實驗分析，在確定選擇合適的軸向溫度分布曲線，確定引晶點的溫度梯度方面進行了不斷的嘗試。在本論文中，重點介紹了熱場中各相關因素對晶體質(zhì)量的影響。通過對加熱器形狀的改進、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，確立了如何設計、建立合適的熱場，控制固液界面形狀的工藝技術。
　　 2、開發(fā)實用化的引晶技術。
　　 對于VB技術來講，為了保證對稱的熱場條件，降低設備制造成本，在單晶爐的設計中沒有設計視窗。同時，晶體生長過程是在不透明的pBN坩堝中進行，也沒有手段進行觀察。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，在設備設計中增加了獨創(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特性。按照傳統(tǒng)理論公式進行計算，所得到的摻雜劑量在實際工藝中遇到了問題。本文對這一現(xiàn)象進行了理論分析，找到了問題產(chǎn)生的原因，并通過工藝驗證，提出了修正公式。該公式經(jīng)過了大量的工藝實驗驗證，據(jù)此生產(chǎn)的產(chǎn)