本發(fā)明屬于半導體晶體生長，具體涉及一種銻化鎵單晶生長方法及銻化鎵單晶生長裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，半導體材料被廣泛應用在集成電路、功率器件及光電子器件等眾多領(lǐng)域中。半導體材料制備的器件支撐著計算機、網(wǎng)絡(luò)、通訊等電子信息產(chǎn)業(yè)，而半導體晶片材料則是整個產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)。銻化鎵為一種重要的化合物半導體材料，提拉法是制備銻化鎵單晶材料的一種重要的生長工藝。半導體晶片由單晶晶錠通過切磨拋工藝加工而成，單晶晶錠利用率對晶片成本有重要影響。

2、銻化鎵材料在紅外探測器領(lǐng)域有非常重要的應用前景，而非摻銻化鎵材料紅外透過率較低，不滿足紅外探測器芯片對紅外透過率的要求。實際生長的提拉法銻化鎵單晶一般采用元素摻雜以調(diào)整材料中自由載流子濃度達到一定區(qū)間范圍，以提高材料紅外透過率。因此，現(xiàn)有提拉法銻化鎵單晶生長是將定量的多晶銻化鎵原料和摻雜劑一起置于生長容器中采用提拉法進行晶體生長，而由于摻雜元素在熔體中的分凝效應，晶錠中各個部位摻雜濃度會有不同的濃度分布，因而通過現(xiàn)有這種方法制得的銻化鎵單晶晶錠僅部分長度能被利用，其沿生長方向中尾部的紅外透過率一般不符合要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種銻化鎵單晶生長方法，至少可以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的部分缺陷。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種銻化鎵單晶生長方法，包括如下過程：

4、將設(shè)計量的多晶銻化鎵原料和第一摻雜劑置于生長容器中進行熔融，得到熔體，并對熔體采用提拉法進行晶體生長；

5、在晶體生長過程中，當生長容器中剩余熔體內(nèi)自由載流子濃度超過設(shè)計的目標區(qū)間范圍時，向熔體內(nèi)摻入第二摻雜劑，以調(diào)控自由載流子濃度至設(shè)計目標區(qū)間；其中，所述第二摻雜劑與第一摻雜劑的導電類型相反。

6、進一步的，在向熔體內(nèi)摻入第二摻雜劑時，暫停提拉晶體過程，并且在第二摻雜劑摻入熔體內(nèi)且完全熔化后，繼續(xù)提拉晶體生長過程。

7、進一步的，所述第一摻雜劑為n型摻雜劑，所述第二摻雜劑為p型摻雜劑。

8、進一步的，所述第一摻雜劑為te，所述第二摻雜劑為zn。

9、進一步的，所述生長容器中剩余熔體內(nèi)自由載流子濃度根據(jù)已生長晶體長度計算得到。

10、進一步的，所述第二摻雜劑的摻雜濃度通過剩余熔體內(nèi)自由載流子濃度和設(shè)計的自由載流子目標區(qū)間濃度關(guān)系計算得到。

11、進一步的，所述熔體內(nèi)自由載流子濃度的理想?yún)^(qū)間范圍為(0.5～20)e17cm-3。

12、進一步的，所述摻雜管位于生長容器外的區(qū)段上設(shè)有一級閥門和二級閥門，所述一級閥門和二級閥門之間形成用于密封緩存第二摻雜劑的區(qū)域。

13、進一步的，所述第二摻雜劑通過設(shè)置于生長容器上的摻雜管加入至熔體內(nèi)，所述摻雜管與所述生長容器內(nèi)部相通，且摻雜管保持真空密閉。

14、另外，本發(fā)明還提供了一種用于上述銻化鎵單晶生長方法的銻化鎵單晶生長裝置，包括爐體、生長容器、摻雜管和提拉組件，所述生長容器置于爐體內(nèi)，所述摻雜管和提拉組件均一端位于所述爐體外部，另一端延伸至所述生長容器內(nèi)，所述摻雜管位于爐體外的部分上設(shè)有一級閥門和二級閥門，所述一級閥門和二級閥門之間形成用于密封緩存第二摻雜劑的區(qū)域。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

16、本發(fā)明提供的這種銻化鎵單晶生長方法，通過在提拉法晶體生長不同階段摻入不同類型的摻雜劑，以調(diào)節(jié)銻化鎵材料內(nèi)自由載流子濃度處于設(shè)計的目標區(qū)間范圍，使得提拉法銻化鎵單晶晶錠所有生長長度范圍的材料紅外透過率都符合要求，從而可有效提高提拉法銻化鎵單晶利用率。

17、以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。

技術(shù)特征：

1.一種銻化鎵單晶生長方法，其特征在于，包括如下過程：

2.如權(quán)利要求1所述的銻化鎵單晶生長方法，其特征在于：在向熔體內(nèi)摻入第二摻雜劑時，暫停提拉晶體過程，并且在第二摻雜劑摻入熔體內(nèi)且完全熔化后，繼續(xù)提拉晶體生長過程。

3.如權(quán)利要求1所述的銻化鎵單晶生長方法，其特征在于：所述第一摻雜劑為n型摻雜劑，所述第二摻雜劑為p型摻雜劑。

4.如權(quán)利要求3所述的銻化鎵單晶生長方法，其特征在于：所述第一摻雜劑為te，所述第二摻雜劑為zn。

5.如權(quán)利要求1所述的銻化鎵單晶生長方法，其特征在于：所述生長容器中剩余熔體內(nèi)自由載流子濃度根據(jù)已生長晶體長度計算得到。

6.如權(quán)利要求5所述的銻化鎵單晶生長方法，其特征在于：所述第二摻雜劑的摻雜濃度通過剩余熔體內(nèi)自由載流子濃度和設(shè)計的自由載流子目標區(qū)間濃度關(guān)系計算得到。

7.如權(quán)利要求1所述的銻化鎵單晶生長方法，其特征在于：所述熔體內(nèi)自由載流子濃度的目標區(qū)間范圍為(0.5～20)e17cm-3。

8.如權(quán)利要求1所述的銻化鎵單晶生長方法，其特征在于：所述第二摻雜劑通過設(shè)置于生長容器上的摻雜管加入至熔體內(nèi)，所述摻雜管與所述生長容器內(nèi)部相通，且摻雜管保持真空密閉。

9.如權(quán)利要求8所述的銻化鎵單晶生長方法，其特征在于：所述摻雜管位于生長容器外的區(qū)段上設(shè)有一級閥門和二級閥門，所述一級閥門和二級閥門之間形成用于密封緩存第二摻雜劑的區(qū)域。

10.一種用于權(quán)利要求1-9任一項所述的銻化鎵單晶生長方法的銻化鎵單晶生長裝置，其特征在于：包括爐體、生長容器、摻雜管和提拉組件，所述生長容器置于爐體內(nèi)，所述摻雜管和提拉組件均一端位于所述爐體外部，另一端延伸至所述生長容器內(nèi)，所述摻雜管位于爐體外的部分上設(shè)有一級閥門和二級閥門，所述一級閥門和二級閥門之間形成用于密封緩存第二摻雜劑的區(qū)域。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種銻化鎵單晶生長方法，包括如下過程：將設(shè)計量的多晶銻化鎵原料和第一摻雜劑置于生長容器中進行熔融，得到熔體，并對熔體采用提拉法進行晶體生長；在晶體生長過程中，當生長容器中剩余熔體內(nèi)自由載流子濃度超過設(shè)計的目標區(qū)間范圍時，向熔體內(nèi)摻入第二摻雜劑，以調(diào)控自由載流子濃度至設(shè)計目標區(qū)間；其中，所述第二摻雜劑與第一摻雜劑的導電類型相反。該發(fā)明通過在提拉法晶體生長不同階段摻入不同類型的摻雜劑，以調(diào)節(jié)銻化鎵材料內(nèi)自由載流子濃度處于目標區(qū)間范圍，使得提拉法銻化鎵單晶晶錠所有生長長度范圍的材料紅外透過率都符合要求，從而可有效提高提拉法銻化鎵單晶利用率。

技術(shù)研發(fā)人員：黃晟,黃立,何慶波,劉偉華,嚴冰,張曉星
受保護的技術(shù)使用者：武漢高芯科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10