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InP晶体合成、生长和特性

2020-12-05阅读(546)

InP晶体合成、生长和特性

论文摘要

磷化铟（InP）已成为光电器件和微电子器件不可或缺的重要半导体材料。本文详细研究了快速大容量合成高纯及各种熔体配比条件的InP材料;大直径InP单晶生长;与熔体配比相关的缺陷性质;InP中的VInH4相关的缺陷性质和有关InP材料的应用,主要获得以下结果:1、深入分析InP合成的物理化学过程,国际上首次采用双管合成技术,通过对热场和其他工艺参数的优化,实现在60-90分钟内合成4-6Kg高纯InP多晶。通过对配比量的调节,实现了熔体的富铟、近化学配比,富磷等状态,为进一步开展不同熔体配比对InP性质的影响奠定了基础。相关成果发表在16th IPRM Proceedings;Materials Science In Semiconductor Processing;Journal of Rare Earths;Chinese Journal of Semiconductors, IOCG-2007 Proceedings.等会议和刊物上。2、通过对晶体生长中孪晶形成和位错增殖的机理研究,优化热场条件,调整工艺参数,生长了具有国际先进水平的5.5英寸整锭InP单晶,并生长了长190mm的半绝缘InP单晶。相关成果在16th IPRM Proceedings; 8th ICSICT;Journal of Rare Earths;半导体学报等会议和刊物上发表。3、利用常温Hall,变温Hall,光致发光谱（PL）,付立叶变换红外吸收谱（FT-IR）及正电子寿命谱等对富铟、近化学配比、富磷中的缺陷进行了深入分析。测试结果表明:富磷条件下生长的InP材料含有相对较高浓度的浅施主和浅受主杂质或缺陷,富磷条件下生长的InP材料中有与铟空位VIn结合而成的复合能级的存在,InP材料中铟空位与氢的复合体VInH4在非掺InP材料中为浅施主,其在富磷熔体条件下具有较高的浓度、富铟熔体条件下浓度最低。在10-300K的温度范围,用正电子寿命谱分析了用不同配比条件的InP材料,测量表明,样品中含有不同浓度的铟空位和氢的复合体,VInH4。在富磷样品中可以观测到比较高浓度的VInH4,如果温度足够地可以观测到电阻率的升高。研究表明在掺Fe的InP中的VInH4浓度比在未掺杂中的高。而在同一晶锭中其浓度分布是头部高,尾部低。讨论了其对未掺杂InP的电子特性和掺Fe的InP的补偿的影响,及其对InP热稳定性的影响。相关成果在13th SIMC; Journal of Rare Earths;18th IPRM;Journal of Physics and Chemistry of Solids;Materials Science And Engineering B;中国电子科学研究院学报;半导体学报等会议和刊物上发表。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 InP 晶体概述
  • 1.2 InP 的基本性能
  • 1.3 国内外InP 单晶材料研究背景
  • 1.3.1 国外InP 单晶材料发展情况
  • 1.3.2 我国InP 单晶材料发展情况
  • 1.4 课题来源、选题意义
  • 1.4.1 课题来源
  • 1.4.2 选题意义
  • 1.5 本论文的内容和结构安排
  • 第二章 InP 合成技术
  • 2.1 合成InP 多晶方法简介
  • 2.1.1 溶质扩散法合成（SSD）
  • 2.1.2 水平布里奇曼法（HB）和水平梯度凝固法（HGF）合成
  • 2.1.3 直接合成法
  • 2.2 磷注入合成InP 多晶
  • 2.2.1 磷注入合成InP 原理
  • 2.2.2 磷注入合成方法
  • 2.3 大容量、快速磷注入合成InP 材料
  • 2.3.1 原材料
  • 2.3.2 实验
  • 2.4 影响磷注入合成速度和质量的工艺因素
  • 2.4.1 热场
  • 2.4.2 合成速度及温度的控制
  • 2.4.3 炉内压力的影响
  • 2.4.4 熔体化学计量比的控制
  • 2.4.5 合成的结果及分析
  • 2.5 结论
  • 第三章 InP 单晶生长
  • 3.1 引言
  • 3.2 InP 单晶生长技术简介
  • 3.2.1 液封直拉（Liquid Encapsulated Czochralski,LEC）技术
  • 3.2.2 改进的LEC 法
  • 3.2.3 蒸气控制直拉（Vapour Control Czochralski,VCz）技术
  • 3.2.4 垂直梯度凝固（Vertical Gradient Freeze, VGF）和垂直布里奇曼（Vertical Bridgeman,VB）技术
  • 3.2.5 水平布里奇曼（Horizontal Bridgman,HB）技术、水平梯度凝固（Horizontal Gradient Freeze HGF）技术
  • 3.2.6 其他生长InP 单晶技术
  • 3.3 InP 大直径、长单晶生长研究
  • 3.3.1 研究内容
  • 3.3.2 实验条件和设计
  • 3.3.3 减少InP 单晶生长中孪晶的产生
  • 3.3.4 降低InP 单晶中的位错密度
  • 3.4 结论
  • 第四章 熔体配比条件与InP 材料的缺陷特性
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验
  • 4.3 结果与讨论
  • 4.3.1 室温和变温Hall 测试分析
  • 4.3.2 光致发光谱（PL）测试分析
  • 4.3.3 付立叶变换红外吸收谱（FT-IR）测试分析
  • 4.3.4 缺陷的形成与熔体化学计量比的关系
  • 4.3.5 熔体的化学计量比与晶体原生缺陷形成能的关系
  • InH4 的浓度关系'>4.3.6 熔体化学计量比与VInH4的浓度关系
  • InH4 对测试结果的影响'>4.3.7 铟空位与氢复合体VInH4对测试结果的影响
  • 4.4 结论
  • InH4在InP 材料中的影响'>第五章 VInH4在InP 材料中的影响
  • 5.1 引言
  • 5.2 试验
  • 5.3 结果与讨论
  • InH4'>5.3.1 未掺杂LEC-InP 中的VInH4
  • InH4'>5.3.2 掺Fe 的LEC-InP 中的VInH4
  • 5.3.3 对n 型LEC-InP 电子特性的影响
  • 5.3.4 对掺Fe 的LEC-InP 补偿的影响
  • 5.3.5 对LEC-InP 材料热稳定性的影响
  • 5.4 结果分析和讨论
  • 5.5 结论
  • 第六章 InP 基谐振隧穿器件及其集成技术初步研究
  • 6.1 谐振隧穿器件及其集成技术研究概述
  • 6.1.1 谐振隧穿器件
  • 6.1.2 HEMT
  • 6.1.3 RTD 与HEMT 单片集成
  • 6.1.4 InP 基RTD/HEMT 单片集成研究
  • 6.2 材料结构设计
  • 6.2.1 材料结构列表
  • 6.2.2 材料的分子束外延
  • 6.2.3 版图设计
  • 6.2.4 RTD/HEMT 单片集成工艺介绍
  • 6.3 器件测试结果与分析
  • 6.3.1 芯片测试结果与分析
  • 6.3.2 说明
  • 第七章 总结与展望
  • 7.1 论文总结
  • 7.2 进一步展望
  • 参考文献
  • 发表论文和科研情况说明
  • 致谢

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