【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体，具体涉及低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长。
技术介绍
1、近年来，移动通讯、网络技术以及电子产业的迅速发展带动了砷化镓(gaas)产业的发展。目前，gaas单晶材料已成为一种重要的微电子和光电子基础材料，广泛用于微波大功率器件、低噪声器件、微波毫米波单片集成电路、超高速数字电路等电子器件的制造。
2、但掺si的半导体gaas晶体生长工艺复杂，在高温生长过程中晶体容易产生位错密度（epd）集聚现象；传统掺硅砷化镓晶体的epd达到3000/cm2以上，epd使器件电学性能容易出现断崖式的失效，影响到后续产品的质量性能；因此生长出低位错密度掺si的半导体gaas单晶非常必要的。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本申请提供一种低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法。
2、为实现上述目的，本申请提出如下解决方案：
3、本申请提供一种低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法，包括：
4、（1）在氢气气氛下加热物料砷化镓多晶料和硅粉，以使砷化镓多晶料熔融得到含有硅粉的砷化镓多晶熔体并保温；
5、（2）继续在氢气气氛下将含有硅粉的砷化镓多晶熔体沿竖直方向自下而上进行垂直梯度凝固，得到掺杂硅的砷化镓单晶；
6、在所述加热和垂直梯度凝固过程中，所述砷化镓多晶熔体的上方和下方相对位置各设置一块磁铁，且两块磁铁的相对面磁极相反，以在砷化镓多晶熔体区域产生竖直方向的磁场。
7、作为优选，在所述加热和垂直梯度凝固
8、作为优选，所述硅粉的加入量为砷化镓多晶料质量的0.01-0.015%。
9、作为优选，所述硅粉的粒径小于1mm。
10、作为优选，所述砷化镓多晶料为颗粒料；所述颗粒料的粒径为3-5mm。
11、作为优选，步骤（1）包括：
12、s1、将氮化硼坩埚放入尺寸匹配的石英管中，将籽晶放到氮化硼坩埚的晶腔，在籽晶上方放置氧化硼，所述氧化硼覆盖所述籽晶；
13、s2、焊接石英管顶部与石英帽，向石英帽的输料管道导入砷化镓多晶颗粒和硅粉；
14、s3、抽真空后向石英帽的输料管道通入高纯氢气，使石英管内压力控制在2-5mpa，然后密封石英管；
15、s4、将装有物料的石英管竖直固定于长晶炉内，并在石英管顶部和底部相对的位置沿水平方向均放置一块磁极方向相同的磁铁；
16、s5、所述长晶炉升温并保温以实现对砷化镓多晶颗粒的熔融和保温。
17、作为优选，步骤s4中，所述石英管顶部和底部设置的两块磁铁的中轴线与所述氮化硼坩埚的中轴线重合。
18、作为优选，步骤s4中，所述石英管顶部和底部设置的磁铁的外径为所生长单晶直径的1.2-1.5倍。
19、作为优选，步骤s4中，所述石英管顶部和底部设置的磁铁的外径为所生长单晶长度的0.3-0.7倍。
20、作为优选，步骤s4中，所述石英管顶部和底部设置的磁铁的厚度为10-20mm。
21、作为优选，所述步骤s4中，还包括在所述长晶炉的外周上套设两片横截面为半环形的磁铁，两片磁铁围合环绕长晶炉外周设置且两片磁铁的相对面磁极相反，磁铁的设置位置与砷化镓多晶熔体区域对应；所述横截面为半环形的磁铁的内周面与长晶炉的外周相适配。
22、作为优选，步骤s4中，所述长晶炉外周上设置的磁铁在氮化硼坩埚轴线上的投影覆盖所述砷化镓多晶熔体区域在氮化硼坩埚轴线上的投影。
23、作为优选，步骤s4中，所述长晶炉外周上设置的磁铁的厚度为10-20mm。
24、作为优选，步骤s4中，所述高纯氢气的纯度为7n。
25、作为优选，步骤s4中，步骤（1）中，所述保温的温度为1238℃以上。
26、与现有技术相比，上述技术方案之一或多个技术方案能达到至少以下有益效果之一：
27、采用垂直梯度凝固法生长制备单晶，且加热和垂直梯度凝固过程在氢气气氛和竖直方向的磁场中进行，可以显著降低掺硅砷化镓晶体的epd。
28、通过优化工艺参数，所述生长方法可以获得几乎趋近于零epd的砷化镓晶体。
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1.一种低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法，其特征在于，在所述加热和垂直梯度凝固过程中，所述物料外侧设有两片横截面为半环形的磁铁，两片所述横截面为半环形的磁铁围合成空心圆柱且两片磁铁的相对面磁极相反。
3.如权利要求1或2所述的低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法，其特征在于，所述硅粉的加入量为砷化镓多晶料质量的0.01-0.015%；
4.如权利要求1所述的低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法，其特征在于，步骤（1）包括：
5.如权利要求4所述的低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法，其特征在于，步骤S4中，所述石英管顶部和底部设置的两块磁铁的中轴线与所述氮化硼坩埚的中轴线重合。
6.如权利要求5所述的低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法，其特征在于，步骤S4中，所述石英管顶部和底部设置的磁铁的外径为所生长单晶直径的1.2-1.5倍；
7.如权利要求4所述的低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法，其特征在于，所述步骤S4中，还包括在所述长晶炉的
8.如权利要求7所述的低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法，其特征在于，所述长晶炉外周上设置的磁铁在氮化硼坩埚轴线上的投影覆盖所述砷化镓多晶熔体区域在氮化硼坩埚轴线上的投影；
9.如权利要求4所述的低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法，其特征在于，所述高纯氢气的纯度为7N。
10.如权利要求1或2所述的低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法，其特征在于，步骤（1）中，所述保温的温度为1238℃以上。
...【技术特征摘要】
1.一种低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法，其特征在于，在所述加热和垂直梯度凝固过程中，所述物料外侧设有两片横截面为半环形的磁铁，两片所述横截面为半环形的磁铁围合成空心圆柱且两片磁铁的相对面磁极相反。
3.如权利要求1或2所述的低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法，其特征在于，所述硅粉的加入量为砷化镓多晶料质量的0.01-0.015%；
4.如权利要求1所述的低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法，其特征在于，步骤（1）包括：
5.如权利要求4所述的低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法，其特征在于，步骤s4中，所述石英管顶部和底部设置的两块磁铁的中轴线与所述氮化硼坩埚的中轴线重合。
6.如权利要求5所述的低位错密度掺硅砷化镓单晶的生长方法，其特征在于，步骤s4中，所述石...
【专利技术属性】
技术研发人员：王金灵，易明辉，罗小龙，
申请(专利权)人：广东先导微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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