技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種p型磷化銦單晶制備配方及制備方法。
背景技術(shù)：
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磷化銦(inp)是重要的ⅲ－ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料之一，是繼硅、砷化鎵之后的新一代電子功能材料。與砷化鎵(gaas)相比，其優(yōu)越性主要在于高的飽和電場飄移速度、導(dǎo)熱性好以及較強(qiáng)的抗輻射能力等，因此inp晶片通常用于新型微電子、光電子元器件制造。
inp單晶材料按電學(xué)性質(zhì)主要分摻硫n型inp；摻鋅p型inp；摻鐵或非摻雜退火半絕緣inp單晶。n型inp單晶用于光電器件，inp基的長波長(1.3-1.55μm)發(fā)光二極管、激光器和探測器已用于光纖通信系統(tǒng)。半絕緣inp襯底上可以制作高速、高頻、寬帶、低噪聲微波、毫米波電子器件。
inp的熔點是1062℃，低于gaas。但是p在熔點處的離解壓(25～27.5atm)很高。由于其高離解壓，使得in和p難以象ga和as那樣在單晶爐內(nèi)直接合成多晶。因此，一般要在高壓爐內(nèi)用高純銦和高純紅磷首先合成inp多晶料，然后再進(jìn)行晶體生長工作。
與其它的半導(dǎo)體材料一樣，inp材料在生長過程中難以避免熱應(yīng)力作用、化學(xué)配比偏離、組份偏析、雜質(zhì)沾污等，由此造成缺陷的產(chǎn)生和晶格完整性的破壞。在inp晶體的生長中，生成孿晶是一個嚴(yán)重的問題。特別是，使用在容器內(nèi)生長晶體的諸如vgf法和垂直bridgman法(vb法)等的垂直舟法，在低溫度梯度下生長晶體時，生成孿晶的頻率高，因此得到單晶極其困難。為避免缺陷，提高材料完整性和電學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而提高光電子和微電子器件性能和可靠性，需要嚴(yán)格控制化學(xué)配比。
此外磷化銦單晶生長，熱場都是生長單晶質(zhì)量的關(guān)鍵因素。熱場調(diào)節(jié)結(jié)果直接影響磷化銦晶體生長時的溫度梯度，從而改變材料中的熱應(yīng)力，影響位錯密度的大小和分布，晶體生長時的固液界面形狀也會隨之改變，最后加工出的晶片電學(xué)參數(shù)、光學(xué)參數(shù)的均勻性也會受到影響。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種p型磷化銦單晶制備配方及制備方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：
一種p型磷化銦單晶制備配方，所述原料組成為：inp多晶料、單質(zhì)鋅、三氧化二硼和紅磷；按生成100克p型磷化銦單晶計，inp多晶料為99.5克，單質(zhì)鋅為0.2-0.8克，三氧化二硼的質(zhì)量不少于32克，所述紅磷的量根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程計算，其中壓力控制在2.7-3.5兆帕，溫度控制在1062-1100℃，所述inp多晶料經(jīng)去離子水多次煮沸清洗，以去除表面的氧化物和殘余雜質(zhì)；所述三氧化二硼為高純脫水三氧化二硼，脫水后的三氧化二硼含水量在500ppm量級；所述紅磷達(dá)到6n純凈度；所述鋅達(dá)到6n純凈度。
一種p型磷化銦單晶的制備方法，包括以下步驟：采用垂直溫度梯度凝固法，將inp籽晶、還有上述配方的inp多晶料、三氧化二硼、紅磷和單質(zhì)鋅裝入pbn坩堝，封入與pbn坩堝密合的封裝pbn坩堝的石英容器中，抽真空，進(jìn)行加熱，高溫高壓下進(jìn)行晶體生長120小時，壓力控制在2.7-3.5兆帕，溫度控制在1062-1100℃，得到位錯密度小于1000cm-2甚至為0的高質(zhì)量p型磷化銦單晶；所述pbn坩堝呈布氏漏斗形，封裝pbn坩堝的石英容器與pbn坩堝形狀密合，石英容器外設(shè)有加熱裝置，加熱裝置的加熱元件沿pbn坩堝錐體均勻分布，直到放置inp籽晶的pbn坩堝嘴部位，使沿著晶體生長的自下而上的溫度梯度為5-12℃/英寸，同時石英容器頂端中央設(shè)有軸，所述軸帶動石英容器沿著軸心旋轉(zhuǎn)，徑向加熱更均勻。
特別地，pbn坩堝錐形區(qū)相對于中心軸線的傾角θ等于或小于20度，且成梯度遞減。
本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明通過嚴(yán)格控制化學(xué)配比，同時建立良好的熱場，使熔體內(nèi)徑向溫度梯度和縱向溫度梯度更加合理，生長出殘余應(yīng)力小、位錯密度低、電學(xué)參數(shù)均勻的高質(zhì)量p型磷化銦晶體。
附圖說明：
圖1是本發(fā)明的單晶生長裝置示意圖；
其中，1、pbn坩堝，2、石英容器，3、加熱元件，4、軸。
具體實施方式：
以下是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是對本發(fā)明的限制。
實施例1：生產(chǎn)100克p型磷化銦單晶
所述原料組成為：99.5克inp多晶料，0.2-0.8克單質(zhì)鋅，32克以上的三氧化二硼和紅磷，磷的量根據(jù)根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程計算，其中壓力控制在2.7-3.5兆帕，溫度控制在1062-1100℃，所述inp多晶料經(jīng)去離子水多次煮沸清洗，以去除表面的氧化物和殘余雜質(zhì)；所述三氧化二硼為高純脫水三氧化二硼，脫水后的三氧化二硼含水量在500ppm量級；所述紅磷達(dá)到6n純凈度；所述鋅達(dá)到6n純凈度。
所述磷化銦單晶的生長方法，包括以下步驟：采用垂直溫度梯度凝固法，將inp籽晶、上述配方的inp多晶料、三氧化二硼、紅磷和單質(zhì)鋅裝入pbn坩堝，封入與pbn坩堝密合的封裝pbn坩堝的石英容器中，抽真空，進(jìn)行加熱，高溫高壓下進(jìn)行晶體生長120小時，壓力控制在2.7-3.5兆帕，溫度控制在1062-1100℃，得到直徑為75mm晶體生長方向沿<100>取向的位錯密度小于1000cm-2甚至為0的高質(zhì)量p型磷化銦單晶；如圖1所示，所述pbn坩堝1呈布氏漏斗形，封裝pbn坩堝的石英容器2與pbn坩堝1形狀密合，石英容器2外設(shè)有加熱裝置，加熱裝置的加熱元件3沿pbn坩堝錐體1均勻分布，直到放置inp籽晶的pbn坩堝嘴部位，使沿著晶體生長的自下而上的溫度梯度為5-12℃/英寸，同時石英容器2頂端中央設(shè)有軸3，所述軸3帶動石英容器2沿著軸心旋轉(zhuǎn)，使石英容器2徑向加熱更均勻。
特別地，pbn坩堝錐形區(qū)相對于中心軸線的傾角θ等于或小于20度，且成梯度遞減，得到的p型磷化銦單晶位錯密度甚至為0。