摘要

磷化铟单晶生长是一种液相转变 为固相的过程,晶体生长过程中的热场条件直接影响晶体的热应力、电学均匀性、位错密度、晶片的几何参数。通过实验和理论分析研究热场条件对InP晶体生长 的影响,通过晶锭退火、晶片退火、位错测量、应力测量等实验研究、分析位错密度与残余热应力的关系和减除热应力的方法。在InP晶体生长阶段,熔体温度、 炉内气体压强、氧化硼厚度、熔体及晶体的形状、炉体结构、加热功率等都是影响晶体生长过程中热场分布的因素。这些因素共同导致晶体内部产生径向和轴向温度 梯度,从而产生热应力。晶体长时间处于温度梯度很小的高温状态,能使其应力得到释放并且内部的晶格畸变也会发生变化。通过后期适当的高温热处理可以使晶体 内部残余热应力得到释放。采用金相显微镜观察InP样片观察到的位错呈现"十"字状分布,中心和边缘位错低,两者之间的"十"字部分位错高,与晶片残余应 力分布基本保持一致。晶体生长过程中,热应力大于临界剪切应力导致的晶格滑移使InP的晶格结构产生畸变,导致晶体内部形成位错。

摘要

随着半导体产业的不断发展进 步，化合物半导体材料InP表现出来的优势越来越明显。熔体的化学配比能够影响晶体内部缺陷，从而决定着材料的性质。在富磷条件下制备InP单晶材料，更 有利于实现非掺杂InP的半绝缘特性。而在富磷熔体中进行InP单晶生长时，单晶锭内产生大量的气孔，严重影响了材料的性能。本文结合实际的拉晶工艺，对 气孔的产生机理及其对缺陷尤其是位错缺陷的影响进行探究。运用非接触电阻率测量技术和光致发光谱技术（PL）对Fe杂质在InP晶片中的分布进行电学和光 学表征；采用扫描电子显微镜观察气孔的形貌；采用X射线衍射技术（XRD）对气孔周围的结晶质量进行研究；使用能量色散谱技术（EDS）测量气孔的成分； 采用Huber腐蚀法和金相显微镜对晶片的位错密度进行统计；使用透射偏振差分谱技术对晶片进行热应力测试。 非接触电阻率测量和光致发光谱结果表明，电阻率和PL发光强度都呈圆环形分布，相对于边缘位置，晶片中心位置的电阻率较低，而PL发光强度较高，认为这是 由于微凸向熔体的生长界面使得晶片的中心部位优先于边缘部位生长，导致中心位置的Fe杂质浓度相对较低。 EDS结果表明，孔洞内壁上的P含量要多于In，而无孔洞位置处可以认为是近化学配比的，说明在富磷熔体中制备近化学配比的InP单晶材料是可以实现的。 XRD测试结果表明，孔洞周围的结晶质量远低于无孔洞位置，孔洞对晶体质量影响较大。 对近化学配比和富磷的InP单晶片进行了整片的位错密度和热应力研究，结果表明，晶片中心和边缘部分的位错密度和热应力相对较高，位错和热应力都呈圆环形 分布。富磷InP单晶片中，孔洞周围的EPD很高，大部分孔洞处的热应力很大，但是在小部分孔洞周围，热应力反而降低。这可能是因为在晶锭退火工艺过程 中，贯穿整个晶锭的气孔可以为残余热应力提供一种散发通道，有助于消除残余热应力。

摘要

InP具有高电光转换效率、强 抗辐射能力、易于制成半绝缘材料、作为太阳能电池材料的转换效率高等优点。这些特性决定InP材料在固态发光、微波通信、光纤通信、卫星等民用和军事领域 的应用十分广阔。热场情况对磷化铟晶体的生长起到很重要的作用。磷化铟晶锭及晶片的热处理主要通过高温退火炉进行应力退火。将准备好的晶锭或者晶片放入退 火炉内,根据磷化铟材料的特性设定好温度区间,进行程序退火。本文主要对磷化铟的合成、单晶生长和后期的热处理进行了实验研究。根据热应力分布的不同情 况,设计并开展了多种条件下的单晶生长的实验及退火实验。分析了影响热场的因素、热应力的产生及应力分布与位错密度的关系。