[发明专利]一种降低锑化铟单晶位错的方法

说明书

本发明涉及一种降低锑化铟单晶位错的方法，属于光电材料技术领域。本发明所述方法是对采用Czochralski法制备的锑化铟单晶进行原位退火处理，从而降低锑化铟单晶位错。相对于在锑化铟单晶生长过程中通过调控温度以降低位错密度的方法，本发明所述的技术方案操作简单，而且退火处理过程的条件更容易调控，能够显著降低锑化铟单晶的位错密度，使直径约为50mm的大尺寸锑化铟晶体的位错密度能够低于50个/cm²，从而能够制备得到性能优异的大尺寸锑化铟单晶。

技术领域

本发明涉及一种降低锑化铟单晶位错的方法，属于光电材料技术领域。

背景技术

锑化铟是Ⅲ-Ⅴ蔟化合物半导体中禁带宽度最窄，迁移率最大的材料，其物理、化学性能稳定，被广泛应用于红外探测器及霍尔器件等方面。红外探测器的量子效率与选用的红外敏感材料密切相关，而锑化铟在3μm～5μm波段具有很高的量子效率，加上锑化铟在制备红外探测器上拥有低成本，锑化铟红外探测器以其在军事方面的重要应用及在民用方面的广泛前景，引起了越来越广泛的关注。另外，为了适应锑化铟红外焦平面列阵器件向大规模发展的趋势，同时，为了降低红外探测器器件研制成本并提高生产效率，国内外一直在研究发展大尺寸锑化铟单晶生长技术。

目前锑化铟单晶生长主要采用常规的Czochralski(切克劳斯基)法生长，这是一种制备半导体块状单晶材料的重要手段。该方法可以不受坩埚约束而生长晶体，晶体的外形尺寸在一定范围内可选择，同时，所制备的晶体有较高的完整性。Czochralski法生长单晶的设备主要包括加热器、石英管、坩埚以及提拉杆，加热器对放置坩埚的石英管区域加热，使坩埚内部的多晶材料熔融，通过提拉杆使籽晶插入熔体中，随后再将籽晶慢慢提起，新的晶体在籽晶下部不断生长，在单晶生长的过程中石英管内部充入保护气体。

然而，Czochralski法生长锑化铟单晶有个缺点，即炉内具有一个很高的纵向温度梯度，在晶体生长过程中容易产生位错。特别是在拉制直径为20mm以上的单晶锭时，提高晶体的完整性，降低位错密度，在工艺上就出现很多困难。而关于锑化铟晶体完整性的研究，特别是有关位错的研究，近年来已有较为详尽的报道。相关的参考文献有两种观点，一种是近表面的径向热应力和近轴向热应力会引起晶体的位错，当晶体的直径增加时，晶体的位错也增加，当晶体的散热程度变化时，晶体内部的位错密度也会变化，并认为当环境加热晶体时，对减少位错有利；另一种观点是消除热应力可以减少位错，认为只要轴向温度梯度是一个常数，径向温度梯度为零，能拉出低位错的单晶。上述两种观点的基本思路都是一致的，都是为了减少晶体的轴向温度梯度，降低径向热流量，减少晶体内的热应力，从而降低了单晶的位错密度。目前也主要是通过设计拉晶过程中生长室内的恰当温场，降低单晶的位错。但是，在实际操作过程中，生长室的温度难以精确调控，对于降低位错密度的程度有限，一般只能将位错密度降低到每平方厘米数百个。

发明内容

针对现有技术降低锑化铟单晶位错密度程度有限的问题，本发明的目的在于提供一种降低锑化铟单晶位错的方法，该方法是通过对采用Czochralski法制备的锑化铟单晶进行原位退火处理，降低锑化铟单晶位错，操作简单，退火处理的条件容易调控，使直径为50mm左右的大尺寸锑化铟单晶位错密度低于50个/cm²。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种降低锑化铟单晶位错的方法，所述方法步骤如下，

(1)采用Czochralski法制备锑化铟单晶；

(2)锑化铟单晶拉晶结束后，将锑化铟单晶表面的温度控制在350℃～450℃，并保温20h以上，优选20h～40h；

(3)保温结束后，继续降温至室温，并在室温下放置24h以上再取出，得到低位错锑化铟单晶；其中，以15℃/h～25℃/h的降温速率进行降温，室温下放置优选24h～50h。

有益效果：