砷化镓单晶制备的工艺..docxVIP

砷化镓单晶制备工艺院系：学号：专业:姓名：时间：摘要：1. 砷化稼(GaAs)是目前最重要、最成熟的化合物半导体材料之一广泛应用于光电子和微电子领域。2. 由于砷化稼禁带宽度宽、电子迁移率高，因而砷化稼可直接研制光电子器件.如发光二极管、可见光激光器、近红外激光器、量子阱大功率激光器、红外探测器和高效太阳能电池等。3. 综述了几种较为成功的适合于工业化大规模生长及科研应用的GaAs材料的生长工艺，如液封直拉法、水平布里支曼法、垂直梯度凝固法/垂直布里支曼法和蒸气压控制直拉法。4. 通过化学腐蚀、金相显微观察、透射电子显微镜、扫描电镜和X射线异常透射形貌等技术，研究了半绝缘砷化稼单屏，中的位错和微缺陷.实验发现用常规液封直拉法制备出的直径大于或等于75mm的半绝缘砷化稼单屏，在品体周边区域，一般都有由高密度位错的运动和反应而形成的蜂窝状网络结构，并且位错和微缺陷之间，有着强烈的相互作用，位错吸附微缺陷，微缺陷缀饰位错.(一)国内外现状砷化镓（GaAs）材料是目前生产量最大、应用最广泛，因而也是最重要的化合物半导体材料，是仅次于硅的最重要的半导体材料。由于其优越的性能和能带结构，使砷化镓材料在微波器件和发光器件等方面具有很大发展潜力。目前砷化镓材料的先进生产技术仍掌握在日本、德国以及美国等国际大公司手中，与国外公司相比国内企业在砷化镓材料生产技术方面还有较大差距。半绝缘砷化镓材料主要用于高频通信器件，受到近年民用无线通信市场尤其是手机市场的拉动，半绝缘砷化镓材料的市场规模也出现了快速增长的局面。2003～2008年，半绝缘砷化镓市场需求增长了54%。目前微电子用砷化镓晶片市场主要掌握在日本住友电工（Sumitomo Electric）、费里伯格（Freiberger Compound Materials ）、日立电线（Hitachi Cable）和美国AXT等四家大公司手中。主要以生产4、6英寸砷化镓材料为主。费里伯格公司供应LEC法生长的3、4、6英寸半绝缘砷化镓衬底，供应VGF法生长的4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。住友供应VB法生长的4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。日立电线供应LEC法生长的2、3、4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。AXT供应VGF法生长的2、3、4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。表3 国际砷化镓材料主要生产厂商主要厂商采用工艺晶体直径所在国家住友电工（Sumitomo Electric）LEC、VB4/6日本费里伯格（ Freiberger Compound Materials ）LEC、VGF3/4/6德国日立电线（ Hitachi Cable）LEC、HB2/3/4/6日本AXT （American XTAL Technology）VGF2/3/4/6美国目前中国的砷化镓材料生产企业主要以LED用低阻砷化镓晶片为代表的低端市场为主，利润率较高的微电子用4～6英寸半绝缘晶片还没有形成产业规模。中国大陆从事砷化镓材料研发与生产的公司主要有：北京通美晶体技术有限公司（AXT）、中科晶电信息材料（北京）有限公司、天津晶明电子材料有限责任公司（中电集团46研究所）、北京中科镓英半导体有限公司、北京国瑞电子材料有限责任公司、扬州中显机械有限公司、山东远东高科技材料有限公司、大庆佳昌科技有限公司、新乡神舟晶体科技发展有限公司（原国营542厂）等九家。表4 国内砷化镓材料主要生产企业主要企业采用工艺晶体直径所在地区中科晶电信息材料（北京）有限公司VGF2/4北京天津晶明电子材料有限责任公司（46所）VB/VGF/LEC2/4天津北京中科镓英半导体有限公司LEC2/4北京北京国瑞电子材料有限责任公司HB2/2.5北京扬州中显机械有限公司HB2/2.5扬州山东远东高科技材料有限公司LEC(LEVB)2/3济宁大庆佳昌科技有限公司LEC/VGF2/4大庆新乡神舟晶体科技发展有限公司HB/LEC2/3新乡(二)砷化镓单晶制备方法及原理从20世纪50年代开始，已经开发出了多种砷化镓单晶生长方法。目前主流的工业化生长工艺包括：液封直拉法（LEC）、水平布里其曼法（HB）、垂直布里其曼法（VB）以及垂直梯度凝固法（VGF）等。(1)液封直拉法（Liquid Encapsulated Czochralski，简称LEC）LEC法是生长非掺半绝缘砷化镓单晶（SI GaAs）的主要工艺，目前市场上80%以上的半绝缘砷化镓单晶是采用LEC法生长的。LEC法采用石墨加热器和PBN坩埚，以B2O3作为液封剂，在2MPa的氩气环境下进行砷化镓晶体生长。LEC工艺的主要优点是可靠性高，容易生长较长的大直径单晶，晶体碳含量可控，晶体的半绝缘特性好。其主要缺点是：化学剂量比较难控制、热场的温度梯度大（100~150 K/cm）、晶体的位错密度高达104以上且分布不均