專利名稱：降堝直拉法生長低位錯鍺單晶工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生長單晶技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及主要用作空間高效GaAs/Ge太陽電池襯底片的一種降堝直拉法生長低位錯鍺單晶工藝及裝置。
背景技術(shù)：
直拉法又稱喬赫拉爾斯基(Czochralski)法，它是生長半導(dǎo)體單晶的主要方法。在直拉單晶爐內(nèi)，向盛有熔體的坩堝中引入籽晶作為非均勻晶核，然后控制熱場，將籽晶旋轉(zhuǎn)并緩慢向上提升，單晶在籽晶下按籽晶的方向長大獲得需要的單晶。一般直拉法生長單晶過程中是保持坩堝位置不變或升高堝位，熱場溫度梯度較大，采用一般直拉法拉制低位錯鍺單晶存在縮頸控制和位錯增殖相矛盾的問題。直拉法是Czochralski發(fā)明用于生長金屬單晶的(Czochralski J.Z PhysChem，1917，92219)，后來Teal和Little移植于鍺單晶生長(Teal G K，Little J B.PhysRev，1950，78647)，比利時(shí)的Umicore公司用直拉法生長無位錯鍺單晶，特別是有利于降低電池成本的大尺寸襯底片的生產(chǎn)技術(shù)還沒有文獻(xiàn)資料發(fā)表。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對直徑在4英寸以上的空間高效GaAs/Ge太陽電池襯底片能降低電池成本，及克服排除籽晶位錯的縮頸控制和單晶位錯增殖矛盾的一種降堝直拉法生長低位錯鍺單晶工藝及裝置。
一種降堝直拉法生長低位錯鍺單晶的裝置，其特征在于，所述生長低位錯鍺單晶的裝置為直拉爐，在爐體內(nèi)中央的坩堝桿4頂部固定坩堝2，主發(fā)熱體1固定在電極板7上，坩堝2的周圍，底發(fā)熱體5固定坩堝2下面，電極板7和水冷電極9連接，水冷電極8和底發(fā)熱體5連接；側(cè)保溫屏6和上保溫屏11組成保溫罩，罩在主加熱體1和底加熱體5周圍，上測溫?zé)崤?設(shè)置在主發(fā)熱體1的坩堝2區(qū)，下測溫?zé)崤?0設(shè)置在底發(fā)熱體5中部，分別測量主加熱體1和底加熱體5的溫度；籽晶夾頭12掛在坩堝2上方。
所述主發(fā)熱體、底發(fā)熱體、坩堝以及保溫屏均采用高純石墨材料制作。
所述測溫?zé)崤疾捎肗iCr-NiSi熱偶。
所述主發(fā)熱體和底發(fā)熱體以及保溫屏構(gòu)成熱場，通過調(diào)整兩發(fā)熱體的功率，獲得一個溫度梯度較小的熱場區(qū)域。
一種降堝直拉法生長低位錯鍺單晶工藝流程如下將高純鍺原料放到坩堝內(nèi)，將籽晶安裝在籽晶夾頭上，抽真空到3帕以上，通入高純氬氣到常壓，氬氣流量約為50升/分，升溫到1000℃將鍺熔化，升高堝位，降溫到引晶溫度935℃后進(jìn)行引晶，調(diào)整晶轉(zhuǎn)為8-15轉(zhuǎn)/分，堝轉(zhuǎn)2-6轉(zhuǎn)/分，設(shè)定拉晶速度0.4-0.8mm/min，，通過調(diào)整溫度控制細(xì)頸生長，細(xì)頸直徑4-8mm，長度大于200mm，然后開始降低堝位，速度控制在0.02-0.1mm/min范圍。在降堝過程中通過調(diào)整拉速到0.1-0.2mm/min，控制溫度使單晶長大到所需尺寸，然后進(jìn)入等徑生長狀態(tài)，晶體生長結(jié)束后停止晶轉(zhuǎn)、堝轉(zhuǎn)、晶升和堝降，按照10-30℃/小時(shí)速率降溫，降到室溫后打開爐膛取出單晶。
本發(fā)明有益效果是采用降堝直拉法生長低位錯鍺單晶，實(shí)現(xiàn)在較小溫度梯度熱場條件下，在較高堝位進(jìn)行縮頸然后降低堝位進(jìn)行拉晶的關(guān)鍵技術(shù)，有效解決了縮頸和位錯增殖之間的矛盾，生長成功大尺寸(4英寸以上)低位錯鍺單晶，滿足空間高效GaAs/Ge太陽電池襯底片要求。


圖1為降堝直拉法生長低位錯單晶的熱場示意圖具體實(shí)施方式
本發(fā)明為一種降堝直拉法生長低位錯鍺單晶工藝及裝置。圖1所示是本發(fā)明采用的降堝直拉法生長低位錯鍺單晶的裝置。該生長低位錯鍺單晶的裝置為直拉爐，在爐體內(nèi)中央的坩堝桿4頂部固定坩堝2，主發(fā)熱體1和底發(fā)熱體5固定坩堝2周圍和底部，構(gòu)成較小溫度梯度的熱場，側(cè)保溫屏6和上保溫屏11組成保溫罩，罩在主加熱體1和底加熱體5周圍，由上測溫?zé)崤?和下測溫?zé)崤?0分別測量主加熱體1和底加熱體5的溫度；籽晶夾頭12掛在坩堝2上方。
降堝直拉法生長低位錯鍺單晶工藝流程如下將高純鍺原料放到坩堝內(nèi)，將籽晶安裝在籽晶夾頭上，抽真空到3帕以上，通入高純氬氣到常壓，氬氣流量約為50升/分，升溫到1000℃將鍺熔化，升高堝位，降溫到引晶溫度935℃后進(jìn)行引晶，調(diào)整晶轉(zhuǎn)為12轉(zhuǎn)/分，堝轉(zhuǎn)4轉(zhuǎn)/分，設(shè)定拉晶速度0.6mm/min，通過調(diào)整溫度控制細(xì)頸生長，細(xì)頸直徑4-8mm，長度大于200mm，然后開始降低堝位，速度控制在0.1mm/min范圍。在降堝過程中通過調(diào)整拉速到0.15mm/min，控制溫度使單晶長大到所需尺寸，然后進(jìn)入等徑生長狀態(tài)，晶體生長結(jié)束后停止晶轉(zhuǎn)、堝轉(zhuǎn)、晶升和堝降，按照10-30℃/小時(shí)速率降溫，降到室溫后打開爐膛取出單晶。
在降堝直拉法生長晶體中，籽晶是置于坩堝上方的籽晶夾頭中，晶體是自上而下生長。與普通直拉法相比，其關(guān)鍵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)在較小溫度梯度熱場條件下，在較高堝位進(jìn)行縮頸然后降低堝位進(jìn)行拉晶，控制單晶位錯密度，有效解決了縮頸和位錯增殖之間的矛盾，成功生長出位錯密度小于2000cm-2的大尺寸(4英寸以上)低位錯鍺單晶。
權(quán)利要求
1.一種降堝直拉法生長低位錯鍺單晶工藝，其特征在于，工藝流程如下將高純鍺原料放到坩堝內(nèi)，將籽晶安裝在籽晶夾頭上，抽真空到3帕以上，通入高純氬氣到常壓，氬氣流量為50升/分，升溫到1000℃將鍺熔化，升高堝位，降溫到引晶溫度935℃后進(jìn)行引晶，調(diào)整晶轉(zhuǎn)為8-15轉(zhuǎn)/分，堝轉(zhuǎn)2-6轉(zhuǎn)/分，設(shè)定拉晶速度0.4-0.8mm/min，通過調(diào)整溫度控制細(xì)頸生長，細(xì)頸直徑4-8mm，長度大于200mm，然后開始降低堝位，速度控制在0.02-0.1mm/min范圍，在降堝過程中通過調(diào)整拉速到0.1-0.2mm/min，控制溫度使單晶長大到所需尺寸，然后進(jìn)入等徑生長狀態(tài)，晶體生長結(jié)束后停止晶轉(zhuǎn)、堝轉(zhuǎn)、晶升和堝降，按照10-30℃/小時(shí)速率降溫，降到室溫后打開爐膛取出單晶。
2.一種降堝直拉法生長低位錯鍺單晶的裝置，其特征在于，所述生長低位錯鍺單晶的裝置為直拉爐，在爐體內(nèi)中央的坩堝桿(4)頂部固定坩堝(2)，主發(fā)熱體(1)固定在電極板(7)上，坩堝(2)的周圍，底發(fā)熱體(5)固定坩堝(2)下面，電極板(7)和水冷電極(9)連接，水冷電極(8)和底發(fā)熱體(5)連接；側(cè)保溫屏(6)和上保溫屏(11)組成保溫罩，罩在主加熱體(1)和底加熱體(5)周圍，上測溫?zé)崤?3)設(shè)置在主發(fā)熱體(1)的坩堝(2)區(qū)，下測溫?zé)崤?10)設(shè)置在底發(fā)熱體(5)中部，分別測量主加熱體(1)和底加熱體(5)的溫度；籽晶夾頭(12)掛在坩堝(2)上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述降堝直拉法生長低位錯鍺單晶的裝置，其特征在于，所述主發(fā)熱體、底發(fā)熱體、坩堝以及保溫屏均采用高純石墨材料制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述降堝直拉法生長低位錯鍺單晶的裝置，其特征在于，所述測溫?zé)崤疾捎肗iCr-NiSi熱偶。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述降堝直拉法生長低位錯鍺單晶的裝置，其特征在于，所述主發(fā)熱體和底發(fā)熱體以及保溫屏構(gòu)成熱場，通過調(diào)整兩發(fā)熱體的功率，獲得一個溫度梯度較小的熱場區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于生長單晶技術(shù)領(lǐng)域的一種降堝直拉法生長低位錯鍺單晶工藝及裝置。該裝置為直拉爐，在爐體內(nèi)中央的坩堝桿頂部固定坩堝，主發(fā)熱體和底發(fā)熱體固定坩堝周圍和底部，側(cè)保溫屏和上保溫屏組成保溫罩，罩在主加熱體和底加熱體周圍，籽晶夾頭掛在坩堝上方。采用降堝直拉法生長低位錯鍺單晶，工藝流程為將高純鍺原料放到坩堝內(nèi)，將籽晶安裝在籽晶夾頭上，在拉晶過程中逐漸降低堝位，晶體是自上而下生長，實(shí)現(xiàn)在較小溫度梯度熱場條件下，在較高堝位進(jìn)行縮頸然后降低堝位進(jìn)行拉晶的關(guān)鍵技術(shù)，有效解決了縮頸和位錯增殖之間的矛盾，生長成功大尺寸(4英寸以上)低位錯鍺單晶，滿足空間高效GaAs/Ge太陽電池襯底片要求。
文檔編號C30B15/30GK101063227SQ20071009955
公開日2007年10月31日 申請日期2007年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者蘇小平, 馮德伸, 楊海, 李楠, 尹士平 申請人:北京有色金屬研究總院, 北京國晶輝紅外光學(xué)科技有限公司