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1、砷化镓（GaAs）单晶的制备 基于 布里奇曼法 1 2 3 布拉奇曼的原理 GaAs单晶的制备 几种GaAs单晶制备方法比较 GaAs单晶体及器件 砷化镓属III-V族半导体，具有 高速、高频、耐高温、低噪声和发 光等特点。是继锗、硅之后最主要 的半导体材料之一，它具有迁移率 高，禁带宽度大(1.43eV),抗辐射等 特点。 我在这里讲述一下如何运用布 里奇曼法制备砷化镓单晶。 布拉奇曼法 原理：将晶体生用的材料装在一 定形状的坩埚中，缓慢地在一个具 有一定温度梯度的加热炉中移动， 在加热区域，坩埚中的材料被熔融 ，当坩埚持续移动时，坩埚某些部 分的温度先下降到熔点以下，并开 始结晶，晶体随坩
2、埚移动而晶体持 续长大。 布里奇曼 水平布拉奇曼法 HB A. 在抽真空的石英管内 ，一端放置盛高纯镓 的舟，另一端放高纯 砷。 B. 镓端位于高温区，砷 端位于低温区。升温 后，砷扩散到镓中形 成GaAs。 C. 当合成反应达到平衡 后，再以定向结晶的 方式进行晶体生长， 生长速度为312mm h。 水平布拉奇曼法 HB A. 在整个拉晶过程中， 砷端永远控制在610 620以保持砷的平衡 压力。 B. 为了减少硅的污染， 常在高低温之间设一 中温区以防止反应产 物向冷端扩散，称“三 温区法”。 水平布拉奇曼法 HB 此法的优点是设备简单，可制备多种掺杂剂的不同电阻率的单晶，能降低位 错密度
3、，加工后的直径可达76mm圆片、 250-600 mm 。 缺点是截面为D形，需滚磨成圆形，造成材料的损耗；由于舟的污染，不能制 备不掺杂高纯半绝缘GaAs单晶，单晶的位错密密度为50010000cm-2。 水平布拉奇曼法 HB 1 HB 水平布里支曼 (1) 主要技术指标 结构型式：单管水平式，加热炉体可左右移动 适合24晶体生长工艺（可定制）。 炉体有效加热长度：1600mm。 最高工作温度： 1300 恒温区精度（静态闭管）：0.5 升温速率（室温1260）： 斜变升温速率可控在015/ min 降温（1300 900）： 05/ min 供电电源：三相五线 380V10% 50Hz 水
4、平布拉奇曼法 HB 垂直布里奇曼法 VB 垂直梯度凝固法(VGF) 工艺过程： (1)熔化多晶料； (2)开始生长时坩埚底部 方向的籽晶处于慢速 降温的温度梯度； (3)为调节化学计量比在熔体 上方保持一定的As压； (4)生长完毕时晶体慢速冷却 到室温。 垂直布里奇曼法 VB A. VB法与VGF法基本原理是 相同的，最大的区别就是 热场与坩埚相对移动的方 式不同。 B. VGF技术，坩埚是不移动 的，而是调整各温区的温 度，而VB技术中，热场固 定不动，通过驱动坩埚进 行移动，导致生长界面产 生相对运动。 C. 由于控制过程的不同，设 备成本有很大的区别，VB 工艺设备相对更便宜。 垂直布
5、里奇曼法 VB （原料准备） 砷化镓多晶体 垂直布里奇曼法 VB 1 根据材料的性质选用的是电阻炉 2 最新的垂直梯度炉设备，采用 计算机控制，设有48个控制点， 可控制24-32炉温段，可直接生长 出完整性好的圆形GaAs单晶。 3 容器为石英管，直径最大可达 100mm和150mm。 4 不足之处是生长晶体时,无法观 察和判断单晶生长情况,实现准确 的温控需要进行大量试验之后取得 经验。 垂直布里奇曼法 VB A. 此处采用两温区管式生长 炉生长GaAs单晶体。 B. 生长时加热炉上部温度高 于下部温度，形成一定的 温度梯度。 C. 下降装置是运用机电系统 ，容器可以悬挂着，或用 带有移动
6、装置的耐火管托 着，可自生晶核为籽晶， 也可用有一定晶向的籽晶 。 垂直布里奇曼法 VB 在晶体生长过程中,当高温区和低 温区的温度相差很小时，晶体生 长速度小于坩埚下降速度,固-液 界面就要向低温区移动。这种情 况下,晶体很大部分以凹面生长， 生长出来的晶体常有云层和杂质 ，甚至出现气泡， 生长出的晶体的均匀性和完整性 才较好，一般为1-60mm/h。 单晶制备-生长炉 （高温布里奇曼生长炉） 1 最高温度：2500C 2 可在真空、惰性气体下工作，压力范围5x102 至1500mbar（可定制高真空） 3 标准2-4个加热区（最多可定制20个加热区） 4 样品提拉速度1-60mm/h，专利
7、传动技术，最 大限度降低样品震动。 5 精确的样品定位，误差1mm 6 全自动控制 单晶砷化镓 利用垂直布里奇曼法生长出的砷化镓单晶 GaAs单晶制备工艺比较 在拉晶过程中，炉内的压 力为12MPa。炉内的压力靠 氮气维持。 该法的优点是：单晶的纯 度高，适合制备非掺杂高纯半 绝缘GaAs单晶；晶体的截面 为圆形。缺点是：设备昂贵； 单晶的位错高， 液封直拉法 LEC GaAs单晶制备工艺比较 GaAs晶体的后续加工 晶体长成后，进行热处理以消除应力及改善电学性能，然后，进行头 尾切割、滚圆、定向切割、倒角、研磨、抛光等精细加工，最终研制 成具有优良的几何参数和表面状态的抛光片。 Thank You!
