[发明专利]一种基于VGF法的气相掺杂的晶体生长方法

说明书

本发明公开一种基于VFG法的气相掺杂的晶体生长方法；涉及晶体制备技术领域。包括以下步骤：S1、将晶体生长用多晶、籽晶、红磷放入坩埚；S2、将所述坩埚放置于石英管内；其特征在于，步骤S2之后还包括，S3、将连接有掺杂剂的石英封帽盖在所述石英管上，并使得所述掺杂剂位于所述石英管内，且所述掺杂剂与多晶、籽晶以及红磷不接触；之后将石英封帽与石英管密封。通过对VGF法晶体生长用的石英封帽、升温工艺的改进，让掺杂剂与晶体生长的其他原材料分离开来，掺杂剂Fe元素通过气相扩散进行进入熔体，实现掺杂浓度均匀，提高了晶体电阻率均匀性及成晶率；同时也能够降低掺杂剂Fe的掺杂量，节省了成本。

技术领域

本发明涉及晶体制备技术领域，特别是涉及一种基于VGF法的气相掺杂的晶体生长方法。

背景技术

化合物半导体InP材料电子迁移率高，禁带宽度大，作为一种新的电子功能材料可以广泛应用于长波光纤通讯技术、微波、毫米波器件、太空抗辐射太阳能电池等。随着InP基微电子制造技术的日益成熟，其中半绝缘SI-InP在高频元件和光电集成电路中应用更受重视，因此获得具有优良性质的InP基半导体衬底材料对其器件的质量有着关键性的作用。

目前常用高质量、低缺陷密度的磷化铟(InP)单晶主要是通过垂直梯度凝固法(VGF)制备得到。为了提高InP单晶质量，降低位错密度，通过对InP单晶生长过程中进行杂质(即掺杂剂)掺杂(如Sn、S、Zn、Fe、Ga、Sb等)可以有效降低位错密度，提高InP单晶的晶体质量。

当采用掺Fe(铁)来制备半绝缘InP单晶体材料时，其中Fe在InP晶体中起到深受主的作用并补偿浅施主，因此需要在制备半绝缘InP单晶时Fe的初始掺杂达到很高的浓度；现有技术中，掺杂剂铁是与其它材料混合放置在晶体生长的坩埚内，因此需要掺杂较高的铁的含量才能够保证铁的浓度。

另外现有技术是将掺杂剂Fe直接与磷化铟多晶料混合在一起同时升温，掺杂剂Fe与磷化铟多晶是以熔融态的形式混合；在晶体生长的升温阶段，升温速率过快，Fe元素与磷化铟多晶以熔融态的形式混合会让Fe在磷化铟熔体中分布不均匀，从而破坏晶体的均匀性和完整性。

再者，晶体生长过程一般分为升温阶段(升温至磷化铟多晶的熔点)、恒温阶段(磷化铟多晶逐渐转换为熔体，同时Fe扩散入磷化铟熔体)以及降温阶段(结晶阶段)；现有技术中，升温阶段的升温速率较快，这样会析出较多的铁，造成半绝缘InP衬底中的Fe在外延生长过程中向外延层扩散，从而降低使用InP单晶制造的器件的性能。

发明内容

本发明的在提供一种基于VGF法的气相掺杂的晶体生长方法，将掺杂剂与晶体生长的其他原材料分离开来，让掺杂剂以气相的方式掺杂入晶体中，能够保证掺杂剂掺杂均匀，从而提高了晶体电阻率均匀性及成晶率；本发明通过以下技术方案实现：

一种基于VGF法的气相掺杂的晶体生长方法，包括以下步骤：

S1、将晶体生长用多晶、籽晶、红磷放入坩埚；

S2、将所述坩埚放置于石英管内；

其特征在于，步骤S2之后还包括，

S3、将连接有掺杂剂的石英封帽盖在所述石英管上，并使得所述掺杂剂位于所述石英管内，且所述掺杂剂与多晶、籽晶以及红磷不接触；之后将石英封帽与石英管密封。

具体地，所述多晶为磷化铟多晶。

具体地，所述掺杂剂为单质铁；所述单质铁以铁丝的形态存在，所述石英封帽的内侧的顶端设置有石英环，所述单质铁挂设与所述石英环上；

或者，所述掺杂剂为单质铁；所述单质铁以铁片或铁块的形态存在，所述石英封帽的内侧的顶端设置有石英挂钩，所述单质铁挂设于所述石英挂钩上。

具体地，所述红磷的纯度为6N；所述铁丝的纯度为6N。