[发明专利]锗单晶的生长方法

说明书

本发明涉及一种锗单晶的生长方法，该生长方法将原料熔化为熔体，然后抽真空，在真空氛围下利用籽晶在一定的温场梯度下经过引晶过程、放肩过程、等径生长过程、收尾过程、降温过程形成锗单晶；引晶过程中，控制晶体拉速为5‑10mm/h；控制晶体生长速度为10‑30g/h，晶体直径为20‑30mm；放肩过程中，维持拉速在0.1‑0.3mm/h，控制晶体生长速度由10‑30g/h逐步增加到500g/h；等径生长过程中，维持拉速在0.1‑0.3mm/h，控制晶体生长速度为500‑2000g/h；收尾过程中，手动控制拉速，拉速在10‑100mm/h；降温过程中，拉速为0，降温速率为20‑50℃/h。本发明锗单晶的生长方法，所制备得到的晶体尺寸大、结晶性能良好、成品率较高，且晶体无开裂、多晶等缺陷，推广该方法，能产生显著的经济效益。

技术领域

本发明涉及晶体生长领域，具体涉及一种锗单晶的生长方法。

背景技术

锗是一种重要的半导体材料，用于制造晶体管及各种电子装置，是第一代晶体管材料。锗在红外光学领域的年消费量占所有领域消费量的20-30%，主要作为红外光学系统中的透镜、棱镜、窗口、滤光片等的光学材料。近些年，在红外光学和半导体材料的强劲需求刺激下，我国锗生产技术能力提升迅速，目前国内企业已经能够生产光纤级、红外级、太阳能级锗系列产品。

目前锗单晶的生长方法主要有单晶提拉法、水平布里奇曼法和VGF法三种。其中，单晶提拉法是最常用的锗单晶生长方法，具有长晶过程可视化、成品率高、晶体生长自动化程度高、晶体与坩埚不接触，避免了坩埚寄生成核等缺陷的产生。但同时，提拉法要求坩埚直径在晶体直径的2倍以上。因此，提拉法难以生长具有较大尺寸的锗单晶。水平布里奇曼法具有晶体生长速度快、成本低等优点，但由于晶体为D型，利用率低，难以生长较大尺寸的锗单晶。VGF法的晶体直径与坩埚相同，理论上可以生长较大尺寸的锗单晶。但这种方法坩埚与晶体相接处，容易寄生成核，此外，VGF法生长的晶体多为凹界面，难以保证晶体成品率。

所以，有必要设计一种新的锗单晶的生长方法以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种锗单晶的生长方法。

为实现前述目的，本发明采用如下技术方案：一种锗单晶的生长方法，该生长方法将原料熔化为熔体，然后抽真空，在真空氛围下利用籽晶在一定的温场梯度下经过引晶过程、放肩过程、等径生长过程、收尾过程、降温过程形成锗单晶；引晶过程中，控制晶体拉速为5-10mm/h；控制晶体生长速度为10-30g/h，晶体直径为20-30mm；放肩过程中，维持拉速在0.1-0.3mm/h，控制晶体生长速度由10-30g/h逐步增加到500g/h；等径生长过程中，维持拉速在0.1-0.3mm/h，控制晶体生长速度为500-2000g/h；收尾过程中，手动控制拉速，拉速在10-100mm/h；降温过程中，拉速为0，降温速率为20-50℃/h。

作为本发明的进一步改进，晶体总重量为原料总重的0.5~1.5%即进入引晶过程。

作为本发明的进一步改进，还剩1.5-2.5%的原料时即进入收尾过程。

作为本发明的进一步改进，所述温场梯度为2~5℃/cm。

作为本发明的进一步改进，放肩过程将形成晶体肩部，籽晶与晶体肩部的夹角为60~90°。

作为本发明的进一步改进，引晶过程、放肩过程、等径生长过程、收尾过程、降温过程均在真空气氛下进行，真空气氛气压值不超过0.001Pa。

本发明锗单晶的生长方法，所制备得到的晶体尺寸大、结晶性能良好、成品率较高，且晶体无开裂、多晶等缺陷，推广该方法，能产生显著的经济效益。

具体实施方式