[发明专利]一种利用铟磷混合物制备磷化铟晶体的方法

说明书

本发明一种利用铟磷混合物制备磷化铟晶体的方法，属于半导体技术领域，包括制备铟磷混合球、装料、保持高炉压和铟磷混合球低温、熔化覆盖剂、投料、合成与晶体生长步骤，是利用配比好的铟磷混合球直接熔化进行合成。将铟粉和磷粉混和均匀并压制成球状铟磷混合颗粒，再将铟磷混合球与氧化硼粉的混合物投入到具有氧化硼覆盖剂的熔体中，合成后原位进行晶体生长。该方法具有反应时间短、效率高、节省原材料的优点，并且可有效降低材料被沾污的风险，节省工序，降低材料制备成本。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及磷化铟的制备，具体涉及利用铟磷混合球合成磷化铟的方法。

背景技术

磷化铟（InP）是由III族元素铟（In）和V族元素磷（P）化合而成的III-V族化合物半导体材料，在半导体材料领域具有非常重要的战略性地位，是目前光电器件和微电子器件不可替代的半导体材料。与锗、硅材料相比，InP具有许多优点：直接跃迁型能带结构，具有高的电光转换效率；电子迁移率高，易于制成半绝缘材料，适合制作高频微波器件和电路；工作温度高；具有强的抗辐射能力；作为太阳能电池材料的转换效率高等。因此，InP等材料被广泛应用在固态发光、微波通信、光纤通信、微波、毫米波器件、抗辐射太阳能电池等高技术领域。随着能带工程理论、超薄材料工艺技术及深亚微米制造技术的进展，InP也越来越显示出其在高端微波、毫米波电子器件和光电子器件方面的优势，成为毫米波高端器件的首选材料，受到广泛的重视，开发应用前景非常广阔。高端InP基微电子和光电子器件的实现取决于具有良好完整性、均匀性和热稳定性的高质量InP单晶的制备。高纯、不同熔体配比、无夹杂的InP多晶料是生产高质量InP单晶及进行InP相关特性研究的前提条件。InP单晶的很多特性都与起始原料，即多晶材料的特性相关，如多晶材料的配比度、材料的纯度。多晶材料的特性对晶体生长、晶体的电学表现、晶体的完整性、均匀性等都有很大的影响。

目前，几种常用的合成InP多晶料的方法及其存在的问题如下：

（1）水平Bridgman法（HB）和水平梯度凝固法（HGF）：采用水平Bridgman法（HB）和水平梯度凝固法（HGF）合成InP材料，从工艺上讲，合成量越大则合成时间越长，一般用HB/HGF技术合成1.5KgInP多晶需24h左右，因此Si的沾污也越明显（其来源是石英管壁）。

（2）磷注入法合成技术：磷注入法合成技术是将气化的磷蒸气注入到铟熔体中，加速磷气体与铟熔体的接触面积、并通过坩埚旋转增加铟熔体内的对流，加快溶质扩散层中溶质的扩散，从而加快合成过程。由于该方法是依靠石英磷容器的内外压强差来注入磷蒸气，一旦压强差控制不当，很容易发生炸泡；另一方面，部分磷蒸气不被铟熔体吸收，一方面影响合成效果，另一方面，损失的磷蒸气挥发至炉体中，给炉体清洗带来很大的麻烦。而且其对合成系统中的热场控制要求非常高。

上述的水平Bridgman法（HB）、水平梯度凝固法（HGF）及超高压直接合成技术等合成方法，都是先在合成炉中进行InP合成，然后将合成的InP多晶料从合成炉中取出，对多晶材料进行清洗腐蚀处理，然后再装入高压单晶炉内进行InP单晶生长。合成与晶体生长是采用“两步”法进行的，这就大大增加了材料被沾污的可能性，并且增加了材料制备成本。

发明内容

本发明提供了一种利用铟磷混合物制备磷化铟的方法，通过将铟磷混合球快速投入到覆盖有液态氧化硼的坩埚中，待达到所需的合成量后，对铟-磷熔体提拉形成磷化铟晶体，该方法合成速度更快，对合成系统的控制要求低，利于产业化生产。

该发明的技术方案为：一种利用铟磷混合物制备磷化铟晶体的方法，包括以下步骤：

1）制备铟磷混合球：将铟粉和红磷粉按设计的质量比混合均匀并压制成球状；

2）装料：将铟磷混合球混合氧化硼粉置入炉体内的投料器中，将氧化硼块装入坩埚内；