一种GaAs单晶的生长方法技术

本申请涉及晶体生长的技术领域，具体公开了一种GaAs单晶生长方法。该GaAs单晶生长方法包括以下步骤：坩埚预处理、生长准备、晶体生长以及退火处理；其中，所述坩埚预处理步骤中，将钨钼合金喷涂至石墨坩埚内表面，在石墨坩埚内表面形成钨钼涂层，得到钨钼涂层坩埚。利用上述GaAs单晶生长方法制得的GaAs单晶，平均位错腐蚀坑密度低至343/cm2。本申请提供的GaAs单晶生长方法获得的GaAs单晶成晶质量好，位错密度优异。度优异。

【技术实现步骤摘要】
一种GaAs单晶的生长方法


[0001]本申请涉及晶体生长的
，更具体地说，涉及一种GaAs单晶的生长方法。

技术介绍

[0002]砷化镓(GaAs)作为一种半导体材料，具有直接的带隙，且饱和电子速度和电子迁移率高，常用于制作微波集成电路、红外线发光二极管、半导体激光器和太阳电池等元件。GaAs制成的电子器件频率响应好、工作效率快、工作频率高，且具有宽泛的工作温度范围，GaAs是继Si材料之后成为制作现代超高速电子器件和电路最重要的半导体材料。
[0003]目前，工业上应用较多的GaAs单晶生长工艺为垂直布里奇曼法(VB)和垂直梯度凝固法(VGF)。上述相关技术中，GaAs单晶生长装载熔体的容器多选用PBN坩埚。但PBN坩埚制备的化合物半导体晶体的重现性较差，在坩埚多次使用以后会出现多晶、孪晶、位错缺陷等问题，从而影响GaAs单晶的成晶质量。

技术实现思路

[0004]为了提高GaAs单晶的成晶质量，本申请提供一种GaAs单晶的生长方法。
[0005]第一方面，本申请提供一种GaAs单晶的生长方法，采用如下的技术方案：一种GaAs单晶生长方法，包括以下步骤：坩埚预处理、生长准备、晶体生长以及退火处理；其中，所述坩埚预处理步骤中，将钨钼合金喷涂至石墨坩埚内表面，在石墨坩埚内表面形成钨钼涂层，得到钨钼涂层坩埚。
[0006]本申请提供的GaAs单晶生长方法，首先对坩埚进行预处理，经过坩埚预处理后获得钨钼涂层坩埚；然后将籽晶、CaAs多晶材料以及液封材料依次装入钨钼涂层坩埚内，并将钨钼涂层坩埚置于晶体生长炉内的升降台上。由于钨钼涂层坩埚的环境温度由晶体生长炉的炉内温度决定，晶体生长炉自上而下温度逐渐降低，且晶体生长炉自上而下依次分为高温区、恒温区和低温区，将钨钼涂层坩埚调整至高温区，在高温区的温度下，钨钼涂层坩埚内的CaAs多晶材料、液封材料会被熔化，分别成为CaAs熔体、液封剂，液封剂覆盖在CaAs熔体的表面，同时籽晶的顶部也会发生熔化。待籽晶的顶部发生熔化后，开启升降台使钨钼涂层坩埚自高温区降至恒温区，并在恒温区以一定速率下降并旋转，下降过程中随着温度的降低，晶体从籽晶顶部开始向上结晶生长；待CaAs熔体全部结晶后，将钨钼涂层坩埚移至低温区保温，然后以一定速率降至室温，取出晶体，即为制得的GaAs单晶。
[0007]本申请提供的GaAs单晶生长方法采用了一种钨钼涂层坩埚。由于晶体生长过程中，晶体和坩埚内壁接触，使得晶体容易产生热应力，导致晶体产生多晶、孪晶、位错等缺陷。而钨钼合金作为一种合金材料，具有耐高温、抗氧化、密封严的特性，喷涂于坩埚内表面可作为表皮保护层，避免GaAs熔体与坩埚的直接接触，缓解GaAs单晶生长过程中产生多晶、孪晶、位错等缺陷，进而提高GaAs单晶的成晶质量。
[0008]晶体生长工艺采用的是垂直梯度凝固法(VGF)和垂直布里奇曼法(VB)。首先将籽晶放置在钨钼涂层坩埚底部，在籽晶上面配置单晶材料以及液封剂，在一定温度下将单晶
材料溶解为GaAs熔体，然后在垂直温度梯度下，自GaAs熔体的底部向上生长晶体。上述晶体生长工艺具有设备成本低，长晶速度慢，单晶直径大，热应力小等特点。
[0009]优选的，液封材料可以是氧化硼材料。
[0010]采用氧化硼材料对GaAs熔体进行液封，减少GaAs熔体中As的挥发，进而提高GaAs单晶的成晶率。
[0011]优选的，所述钨钼涂层中包含以下化学成分；按质量百分比计，钨25
‑
45％、钼55％
‑
75％。
[0012]优选的，所述钨钼涂层中包含以下化学成分；按质量百分比计，钨30
‑
40％、钼60％
‑
70％。
[0013]在一个具体的实施方案中，钨钼涂层中钨的质量百分比可以是25％、30％、35％、40％或45％。
[0014]在一些具体的实施方案中，钨钼涂层中钨的质量百分比还可以是25
‑
30％、25
‑
35％、25
‑
40％、30
‑
35％、30
‑
45％、35
‑
40％、35
‑
45％或40
‑
45％。
[0015]在一个具体的实施方案中，钨钼涂层中钼的质量百分比可以是55％、60％、65％、70％或75％。
[0016]在一些具体的实施方案中，钨钼涂层中钼的质量百分比还可以是55
‑
60％、55
‑
65％、55
‑
70％、60
‑
65％、60
‑
75％、65
‑
70％、65
‑
75％或70
‑
75％。
[0017]优选的，所述钨钼涂层的厚度为50
‑
150μm。
[0018]优选的，所述钨钼涂层的厚度为80
‑
120μm。
[0019]在一个具体的实施方案中，钨钼涂层的厚度可以是50μm、80μm、100μm、120μm或150μm。
[0020]在一些具体的实施方案中，钨钼涂层的厚度还可以是50
‑
80μm、50
‑
100μm、50
‑
120μm、80
‑
100μm、80
‑
150μm、100
‑
120μm、120
‑
150μm或120
‑
150μm。
[0021]通过采用上述技术方案，由于钨钼涂层的厚度不同，使得钨钼涂层坩埚的内、外壁存在一定温差，且钨、钼均具有较高的熔点，因此，钨钼涂层坩埚具有良好的隔热能力；晶体的生长过程中一般温度较高，且晶体质量受晶体生长炉内温度变化的影响较为明显，而钨钼涂层坩埚会对晶体生长炉内的温度骤变起到很好的缓冲作用，降低由于晶体生长炉的温度骤变导致的钨钼涂层坩埚内部的温度骤变，从而减少晶体产生的热应力，提高晶体的成晶质量。通过控制钨钼涂层坩埚中钨钼涂层的厚度，从而调整钨钼涂层坩埚内、外壁的温度。本申请将钨钼涂层的厚度控制在上述范围内，能够有效调整钨钼涂层坩埚内、外壁的温度。当钨钼涂层的厚度为50μm时，钨钼涂层坩埚内外壁的温差为100℃；当钨钼涂层的厚度为150μm时，钨钼涂层坩埚内外壁的温差为200℃。
[0022]进一步地，当钨钼涂层的厚度为80μm时，钨钼涂层坩埚内外壁的温差为135℃；当钨钼涂层的厚度为100μm时，钨钼涂层坩埚内外壁的温差为165℃；当钨钼涂层的厚度为120μm时，钨钼涂层坩埚内外壁的温差为185℃。
[0023]优选的，所述单晶生长方法中，钨钼涂层坩埚的环境温度为1100
‑
1500℃。
[0024]优选的，所述钨钼涂层坩埚的环境温度分为高温区、恒温区、低温区；所述高温区的温度为1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaAs单晶生长方法，其特征在于，所述单晶生长方法具体包括以下步骤：坩埚预处理、生长准备、晶体生长以及退火处理；其中，所述坩埚预处理步骤中，将钨钼合金喷涂至石墨坩埚内表面，在石墨坩埚内表面形成钨钼涂层，得到钨钼涂层坩埚。2.根据权利要求1所述的GaAs单晶生长方法，其特征在于，所述钨钼涂层包含以下化学成分：按质量百分比计，钨25
‑
45%、钼55%
‑
75%。3.根据权利要求1所述的GaAs单晶生长方法，其特征在于，所述钨钼涂层中包含以下化学成分：按质量百分比计，钨30
‑
40%、钼60%
‑
70%。4.根据权利要求1所述的GaAs单晶生长方法，其特征在于，所述钨钼涂层的厚度为50
‑
150μm。5.根据权利要求1所述的GaAs单晶生长方法，其特征在于，所述钨钼涂层的厚度为80
‑
120μm。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：周雯婉，
申请(专利权)人：北京通美晶体技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：