旋轉(zhuǎn)磁場對布里奇曼法GAINSB晶體生長過程的影響.pdf

1、GaInSb作為典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料，由于其電子遷移率高、帶隙窄等優(yōu)點，可廣泛應用于探測器、激光器、光電通訊、集成電路、衛(wèi)星導航等領域。但由于In元素具有較高的偏析傾向，且制備工藝不夠成熟使晶體中位錯密度等缺陷較多，GaInSb晶體的質(zhì)量一直未得到顯著改善。本文將旋轉(zhuǎn)磁場施加于垂直布里奇曼法中進行GaInSb單晶體的生長，利用旋轉(zhuǎn)磁場的強迫對流，加強熔體的對流、換熱和傳質(zhì)，提高固液界面溫度分布、應力分布、溶質(zhì)分布的均勻性，進而

2、改善固液界面形狀，降低晶體中的溶質(zhì)偏析（尤其是In元素的偏析）、位錯密度等缺陷。通過研究旋轉(zhuǎn)磁場頻率和強度等兩個參數(shù)對GaInSb晶體組織和性能的影響，并利用XRD、SEM、EDS、金相顯微鏡、拉曼光譜儀、霍爾效應測試系統(tǒng)、FTIR、維氏硬度儀等對實驗結果進行分析，最終得出了最佳生長條件和參數(shù)。本論文主要得到以下結論:
　　(1)本實驗將旋轉(zhuǎn)磁場(RMF)施加于垂直布里奇曼法(VB)，采用自制的RMF-VB晶體生長爐，制備了高質(zhì)量

3、的Ga0.86In0.14Sb晶錠Φ25mm×100。
　　(2)旋轉(zhuǎn)磁場顯著改善了GaInSb晶體的組織和性能，提高了晶體質(zhì)量。施加旋轉(zhuǎn)磁場后，晶錠的表面平整度提高，結晶度提高;晶錠固液界面形狀趨于平坦，In組份偏析顯著降低，晶體中的雜質(zhì)以及位錯密度、孿晶等缺陷減少;晶錠載流子遷移率增大，紅外透過率接近于理論值。
　　(3)通過研究旋轉(zhuǎn)磁場頻率對GaInSb晶體組織和性能的影響，得出:隨旋轉(zhuǎn)頻率的增大，晶體的結晶度提高。當

4、旋轉(zhuǎn)頻率為50Hz時，晶錠的半高寬(FWHM)降至74"。晶體中In元素的偏析降低。In組份徑向偏析可以降至每毫米0.085mol％，軸向偏析可以降至每毫米0.047mol％。晶體的組織缺陷減少。位錯密度降低至6.988×103cm-2，且晶體中雜質(zhì)、孿晶、微裂紋等顯著減少。晶體電學性能得到改善。軸向載流子遷移率平均值升高至1.618×103cm2/(V·s)，軸向電阻率平均值降低至1.162×10-3ohm·cm，且軸向載流子遷移率和

5、電阻率的均勻性也得到較大改善。當旋轉(zhuǎn)頻率為50Hz時，晶錠維氏硬度降低至3.604Gpa。
　　(4)通過研究旋轉(zhuǎn)磁場強度對GaInSb晶體組織和性能的影響，得出:隨磁場強度的增大，晶體的結晶度提高。當磁場強度為30mT時，晶錠的半高寬(FWHM)降至69"。晶體中In元素的偏析降低。In組份徑向偏析降至每毫米0.086mol％，軸向偏析降至每毫米0.048mol％。晶錠的位錯密度降低至6.578×103cm-2。晶體的結構缺陷和