半导体单晶生长过程中的位错研究_图文

1、 维普资讯 人 工 晶 体 学 报 第 卷 对不 同液封 厚度 下生 长的 晶体 的位 错密 度进行 了比较 ， 厚 的 ： 液封 层可 以减小 晶体 内的温度 梯度 ， 从 而 降低 了生长 晶体 的位错 密度 。 生长气 氛 高压 或压力控 制生 长 系统 中 ， 晶体 周 围的气 体对 流将 显著 影 响热 量 的传 输 ， 进 而影 响 晶体 的位错 密 度 。 的研究 认为 ， 熔体 上方所 充惰 性气 体 的对流 强度 对 位 错密 度 的产 生 具 有最 为 重要 的影 响 ， 强 的气 体对 流会 引起高 的位错 密度 。 ¨ 。 。 用 法生 长掺 的模拟 及实 验

2、研究 ， 证 明 了此 生长 系统 中气 体对 流对温 度场 和 固液 界面 的改善 作用 ， 生 长的 单晶 的位错 密 度 比 法 的低一个 数量 级 。 对高压或压力控制的多组元化合物晶体生长系统 ， 晶体一般为在富某种元素气氛的环境下生长。从相 平衡 的角度 来讲 ， 这种 系统更 利 于化合 物晶体 元 素配 比的相平 衡 ， 抑制 空位 、 沉 淀 相等 晶体缺 陷 的产 生 ， 从 而 也可 达到抑 制 由体 缺 陷引起 位错 的 目的 。 熔 体对 流 刘 春梅 等 用 模 型对 比 了不 同磁 场强 度 以及 不 同晶体 转 速下 热 应 力 的分 布情 况 ： 磁 场 强度

3、 增加 时， 熔体流动受到抑制 ， 径向温度梯度减小 ， 晶体内的最大热应力也有所减小 ； 而增加晶体转速却导致晶体内 热应力 增大 。 所 产生 的 流较 靠近 生长 界面 ， 其作用 既 可 以减 小 扩散 边 界层 的厚度 ， 使 溶 质混 合 均 匀 ， 又 可减小 界面 附近熔 体 中径 向和轴 向温度 梯度 。并且 ， 适 当波形 的 所产 生 的强 迫 对流 几 乎不 会 增加 固液界 面 的凹陷 。 总结与展望 生 长 系统不 同 ， 各生 长 因素 对位 错 密度 的影 响程 度不 同。对 于 晶体生 长 系统 ， 除炉膛 内温场 的控 制外 ， 坩埚内的气体对流 、 液封厚

4、度 、 籽晶的初始位错密度等应是重点考虑的因素； 对 、 等封闭于坩 埚 内的晶体生长系统 ， 晶体与坩埚接触特性则是影响位错产生和增殖不可忽略的因素。选用与熔体难浸润 、 与晶体具有相近热导率的坩埚 ， 低位错密度的籽晶可在晶体生长 的本征控制因素上有效地抑制位错 的产生 与增殖 。 位错 在 固液界 面上 即 已存 在 ， 在 随后 的长 晶乃至 退火 过程 中 ， 位 错都 有可 能因热应 力 的存在 而发生 运动 和增殖。因此 ， 固液界面及晶体 内温度梯度无疑是影响生长晶体位错密度的关键因素。然而它们又受到炉 膛 温度梯 度 、 熔 体对 流 、 环 境气 体对流 及压 力等 各种

5、因 素 的影 响 。建 立适 合 特定 生 长 系统 的数 学 物 理模 型 ， 抓住问题的主要影响因素 ， 寻找各生长参数之间的匹配关系， 对探索高完整性单晶体的生长工艺尤为重要。 无论 是 模型 还是粘 塑性 模型 ， 多是 应用 于 、 等元素 半导 体 以及 、 等 族 化合 物半 导体 单晶 生长 的位错 预测 与抑制 研究 。然 而 国 内外 对 具 有相 同晶 体结 构 的 族 化 合物 特 别是 三 组元 化 合物 单 晶体 的位 错研究 工 作 甚 少 。分 析其 原 因 ， 一 是 一 族化 合 物 半 导体 的材 料 形 变物 性 数 据还 不 够 充 分 。二是上 述单

6、 晶位错 的增 殖 除受温 度场 引起 的热应 力 以外 ， 也 容易受 到组 分偏 析 、 沉 淀相 等缺 陷引起 的应 力集 中 的影 响 。组 分偏 析 、 沉淀相 等缺 陷 已经开 展 了许 多卓 有成 效 的研 究 （ 如 可较好 的解决 径 向组 分 偏析 问题 ， 高压 法 、 法 可有效 平衡 相组 分 ， 抑制 沉 淀 相 的产 生 ） ， 由热应 力 引 起 的位 错 产生 及 增殖 的 研究还 有 待进一 步开展 。 参 考 文 献 ， ， ， ， 跏 （ ） ： 刘春梅 ， 李 明伟 ， 陈怀杰 法 单晶生长中热应力分布研究 材料科学与工程学报 ， ， （ ） ： ，

7、， ： ， ， ： ， （ ） （ ） 维普资讯 第 期 ， ， ： 张 国栋等 ： 半 导体单 晶生 长过 程中的位错研究 无偏析碲锌镉单晶体生长过程控制参数的研究 中国科学（ 辑） ， ， （ ） ： 刘俊成 ， ， ， ： ， ， ： ， ， ， （ ） ， ， ： ， ， ， ， ： ， ， （ ） ， ， ： （ ） ， ， ： 闵乃本 晶体生长的物理基础 上海 ： 上海科学技术 出版社 ， ： 一 ， ， ： ， ， ， ， ， ： ， ， ， ， ： ： ， ， ： ， ： 上 ， ， ： ， ， ： ： ， ， ： 】 ， ， ： ， ， （ ） ： ， ， ： ， ， （ ） ： ： ， ， ： ， ， ： ， ， ， ， ， ： ， ， ： ， ， ， ： 】 ， ， ： ， ，