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CN103397386A - 一种用于n型低阻砷化镓单晶生长的掺杂工艺 - Google Patents

一种用于n型低阻砷化镓单晶生长的掺杂工艺 Download PDF

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CN103397386A
CN103397386A CN2013103159782A CN201310315978A CN103397386A CN 103397386 A CN103397386 A CN 103397386A CN 2013103159782 A CN2013103159782 A CN 2013103159782A CN 201310315978 A CN201310315978 A CN 201310315978A CN 103397386 A CN103397386 A CN 103397386A
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CN
China
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gallium
arsenide
resistance
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gallium arsenide
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Pending
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CN2013103159782A
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English (en)
Inventor
吕云安
李玉萍
李磊
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XIANGXIANG SHENZHOU CRYSTAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Original Assignee
XIANGXIANG SHENZHOU CRYSTAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
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Abstract

一种用于n型低阻砷化镓单晶生长的掺杂工艺，本发明的技术方案要点是：一种用于n型低阻砷化镓单晶生长的掺杂工艺，将称量好的三碲化二镓放置在砷化镓原材料中，再将装有三碲化二镓的砷化镓原材料、籽晶及B2O3顺序放置在热解氮化硼坩堝内，然后将热解氮化硼坩堝放置在石墨坩堝中，最后将放有物料的石墨坩堝放入单晶炉中进行单晶生长。本发明对生长的砷化镓单晶掺杂量能精确控制，并同时使生长的n型低阻砷化镓单晶具有良好的电学性能。

Description

一种用于n型低阻砷化镓单晶生长的掺杂工艺
技术领域：
    本发明涉及GaAs晶体的生长装置，特别是一种能够有效提升n型低阻砷化镓单晶的电学性能的用于n型低阻砷化镓单晶生长的掺杂工艺。
背景技术：
    n型低阻砷化镓单晶是制备各种砷化镓光电器件和若干砷化镓微波器件所需外延材料的衬底，衬底材料的性能不仅影响外延材料的质量，从而影响器件的参数、可靠性、寿命等。而且某些衬底材料参数还直接对器件性能有很大影响。所以高质量的砷化镓衬底材料是提髙器件性能、可靠性、寿命的一个必需条件。通常n型低阻砷化镓单晶是用垂直梯度冷凝法(VGF)或液封直拉法(LEC)生长的。在生长时在原材料中还需加入适当的掺杂剂以控制材料的电学性能。对于生长n型低阻砷化镓单晶，常用的掺杂剂是单质硅和单质碲；但是，前者是二性杂质，而且与熔体中的三氧化二硼反应，后者是易挥发性杂质，因此都造成砷化镓单晶中掺杂量难以精确控制。给n型低阻砷化镓单晶造成很多困难。
发明内容：
本发明的目的是设计一种能够有效地对生长的砷化镓单晶掺杂量可精确控制，并同时使生长的n型低阻砷化镓单晶具有良好的电学性能的用于n型低阻砷化镓单晶生长的掺杂工艺。
本发明的技术方案是，一种用于n型低阻砷化镓单晶生长的掺杂工艺，其特征在于：将称量好的三碲化二镓放置在砷化镓原材料中，再将装有三碲化二镓的砷化镓原材料、籽晶及B2O3顺序放置在热解氮化硼坩堝内，然后将热解氮化硼坩堝放置在石墨坩堝中，最后将放有物料的石墨坩堝放入单晶炉中进行单晶生长。所述的在砷化镓原材料中加入固体三碲化二镓，其加入三碲化二镓的数量可根据所用的原材料的数量与砷化镓单晶需要的掺杂浓度用下式进行计算：
  G Ga2Te3 = G GaAs n M  Ga2Te3 /3r GaAs AK
G Ga2Te3 为添加的三碲化二镓的质量(g)，
      G GaAs 为砷化镓原材料的质量(g)，
      n 为掺碲砷化镓单晶载流子浓度(cm-3)，范围：为1×1017-5×1018，
      M  Ga2Te3 为三碲化二镓的分子量(522.24 g/mol)，
      r GaAs 为砷化镓的密度(5.32g/cm3)，
      A为阿佛加德罗常数（6.023×1023/mol），
K为碲在砷化镓中的分凝系数，范围为：0.0287-0.0519（其平均值约为0.038，隨掺杂量增加而增加）。
所用的砷化镓多晶料纯度为6“9”。所用的三碲化二镓纯度为5“9”。所用的三氧化二硼含水量200ppm。所述砷化镓单晶生长时炉内压力为0.3MP，生长区温度梯度为5℃/cm，晶体生长速度为2-3mm/小时。
本发明对生长的砷化镓单晶掺杂量能精确控制，并同时使生长的n型低阻砷化镓单晶具有良好的电学性能。
具体实施方式：
将称量好的三碲化二镓放置在砷化镓原材料中，再将装有三碲化二镓的砷化镓原材料、籽晶及B2O34顺序放置在热解氮化硼坩堝内，然后将热解氮化硼坩堝放置在石墨坩堝中，最后将放有物料的石墨坩堝放入单晶炉中进行单晶生长。所述的在砷化镓原材料中加入固体三碲化二镓，其加入三碲化二镓的数量可根据所用的原材料的数量与砷化镓单晶需要的掺杂浓度用下式进行计算：
  G Ga2Te3 = G GaAs n M  Ga2Te3 /3r GaAs AK。
 
G Ga2Te3 为添加的三碲化二镓的质量(g)
      G GaAs 为砷化镓原材料的质量(g)
      n 为掺碲砷化镓单晶载流子浓度(cm-3)，范围：为1×1017-5×1018
      M  Ga2Te3 为三碲化二镓的分子量(522.24 g/mol)
      r GaAs 为砷化镓的密度(5.32g/cm3)
      A为阿佛加德罗常数（6.023×1023/mol），
K为碲在砷化镓中的分凝系数，范围为：0.0287-0.0519（其平均值约为0.038，隨掺杂量增加而增加。）
所用的砷化镓多晶料纯度为6“9”。所用的三碲化二镓纯度为5“9”。所用的三氧化二硼含水量200ppm。所述砷化镓单晶生长时炉内压力为0.3MP，生长区温度梯度为5℃/cm，晶体生长速度为2-3mm/小时。
在表l中给出了生长的砷化镓单晶电学参数与生长时掺杂量的关系，以及碲的分配系数与掺杂量的关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE002A

Claims (6)

1.一种用于n型低阻砷化镓单晶生长的掺杂工艺，其特征在于：将称量好的三碲化二镓放置在砷化镓原材料中，再将装有三碲化二镓的砷化镓原材料、籽晶及B2O3顺序放置在热解氮化硼坩堝内，然后将热解氮化硼坩堝放置在石墨坩堝中，最后将放有物料的石墨坩堝放入单晶炉中进行单晶生长。
2.如权利要求1所述的一种用于n型低阻砷化镓单晶生长的掺杂工艺，其特征在于：所述的在砷化镓原材料中加入固体三碲化二镓，其加入三碲化二镓的数量可根据所用的原材料的数量与砷化镓单晶需要的掺杂浓度用下式进行计算：
  G Ga2Te3 = G GaAs n M  Ga2Te3 /3r GaAs AK
G Ga2Te3 为添加的三碲化二镓的质量(g)，
      G GaAs 为砷化镓原材料的质量(g)，
      n 为掺碲砷化镓单晶载流子浓度(cm-3)，范围：为1×1017-5×1018，
      M  Ga2Te3 为三碲化二镓的分子量(522.24 g/mol)，
      r GaAs 为砷化镓的密度(5.32g/cm3)，
      A为阿佛加德罗常数（6.023×1023/mol），
K为碲在砷化镓中的分凝系数，范围为：0.0287-0.0519（其平均值约为0.038，隨掺杂量增加而增加）。
3.如权利要求1所述的一种用于n型低阻砷化镓单晶生长的掺杂工艺，其特征在于：所用的砷化镓多晶料纯度为6“9”。
4.如权利要求1所述的一种用于n型低阻砷化镓单晶生长的掺杂工艺，其特征在于：所用的三碲化二镓纯度为5“9”。
5.如权利要求1所述的一种用于n型低阻砷化镓单晶生长的掺杂工艺，其特征在于：所用的三氧化二硼含水量200ppm。
6.如权利要求1所述的一种用于n型低阻砷化镓单晶生长的掺杂工艺，其特征在于：所述砷化镓单晶生长时炉内压力为0.3MP，生长区温度梯度为5℃/cm，晶体生长速度为2-3mm/小时。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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