砷化镓材料技术发展及需求

介绍了HB、LEC、FEC、VCZ、VB、VGF砷化镓单晶炉及生长技术,分析了各种生长技术的优缺点及发展趋势。HB砷化镓多晶合成和单晶生长可以同时完成,生长温度梯度小、位错小、应力小;其缺点为不易生长半绝缘砷化镓单晶材料。LEC法生长过程可见,成晶情况可控,可生长大尺寸、长单晶;其缺点是晶体温度梯度大、位错密度高、应力高、晶体等径控制差。VB/VGF法生长出的单晶位错密度和残留应力比LEC法低,晶体等径好,适合规模生产;其缺点在于容易产生双晶、线性缺陷和花晶,过于依赖生长系统重复性和稳定性。     

环境湿度对VGF法半绝缘砷化镓单晶备料生长的影响研究

利用垂直梯度冷凝法生长半绝缘砷化镓单晶的环境是一个密闭的真空系统,但是在备料过程中不可避免要受到周围环境的影响。通过除湿设备对环境除湿,分别在湿度为40%,±5%,和60%,±5%,时,使用等质量的多晶料、掺杂剂等材料进行备料实验研究。结果表明,环境湿度较大时备料,VGF生长出的半绝缘砷化镓单晶表面有凹坑甚至沟道,影响单晶直径,而备料系统中适当的含水量有助于生长过程的掺杂,当环境湿度较大时备料反而会降低砷化镓晶体生长时掺杂C的浓度,进而降低其半绝缘性能。     

坩埚下降法生长红外砷化镓晶体的研究

利用坩埚下降法生长红外砷化镓晶体,坩埚下降炉控温1 260℃,晶体以2.5mm/h速度在温度梯度为10℃/cm的条件下结晶生长.PBN坩埚外壁黏附有气相自发成核、尺寸为1~3mm的砷化镓单晶颗粒.生长的砷化镓晶体直径约50.8mm,总长约140mm.晶体头部放肩阶段存在异相成核,尾部出现多晶.截断后获得的砷化镓单晶长约100mm,成晶率达70%.砷化镓单晶结晶质量良好,头尾平均位错密度分别为868cm-2和1 436cm-2,电阻率达107Ω·cm量级.砷化镓单晶整体红外透过率约为55%,接近最高理论透过率55.8%.满足工业界使用要求.     

VCSEL阵列用半绝缘砷化镓单晶生长工艺研究

VCSEL(垂直腔面发射激光器)阵列是一种面发射的化合物半导体有源器件,已广泛应用于激光制导、激光测距等军事电子领域。为了减少发射单元之间的高频串扰,VCSEL阵列必须生长在高电阻率和低位错密度的砷化镓衬底上。通过采用VGF(垂直梯度冷凝法)生长7.62 cm砷化镓单晶,并选取合适的温度梯度(4℃/cm左右)和低位错籽晶,同时掺入一定剂量的高纯碳粉并选用适量的无水氧化硼作为液封剂,成功地研制出低位错密度的7.62 cm半绝缘砷化镓单晶材料。     

体积比对砷化镓单晶质量的影响

砷化镓是一种新型的无机材料,由于其本身具有许多优良的特性,在微波和某些光学方面的应用都显示出优点,所以受到国内外广泛的重视。制备砷化镓单晶所涉及的许多有关反应条件,影响单晶质量的因素及反应机理的问题还远没有弄清。根据国内外工作,水平布里吉曼法制备砷化镓单晶,其主要缺点是在制备过程中严重引起硅沾污。近几年来,针对这一问题,国内外均将二温区的水平布里吉曼法发展成三温区法,从而较为理想地克服了硅沾污的现象。我们参照了兄弟单位的有关经验,改装了三温区炉(其结构与温度分布见文献5),并用该炉作了体积比对砷化镓单品质量的影响的条件实验。     

B_2O_3质量对VGF晶体生长工艺成晶率的影响

B_2O_3的吸水性特别强,水含量不同,其与p BN坩埚浸润状态也会有所不同,B_2O_3与p BN坩埚壁的浸润状态对晶体生长能否成功非常重要。同时,B_2O_3添加量的多少也会影响晶体生长中熔体的化学计量比,从而影响成晶。通过对VGF晶体生长工艺中所使用的液封剂B_2O_3的水含量及添加量对砷化镓晶体成晶率影响的试验分析,确定合理的添加量及水含量,提高了砷化镓晶体生长的成晶率,使掺硅砷化镓单晶生长的成晶率达到75%以上,有效地降低了生产成本。     

Cz法大型砷化镓单品生长中熔体流动和传热

采用低雷诺数κ-ε模型，计算分析了Cz法大型砷化镓单晶生长中熔体内的热量、动量输运特性。结果表明：适当的坩埚旋转能有效抑制晶体旋转产生的对流和浮力对流，增大晶体转速能使晶体／熔体界面附近等温线更加平直，适当的坩埚、晶体转速匹配能够抑止晶体／熔体界面附近的温度波动，热毛细力对强烈熔体流动的影响可以忽略不计，但对较弱的熔体流动影响较大。文中还给出了较为适宜的坩埚、晶体转速匹配方式。研究结果为生长高质量大型砷化镓单晶提供了有重要价值的数值依据。     

降低半绝缘GaAs单晶片亮点缺陷的热处理工艺研究

GaAs单晶材料已成为一种重要的微电子和光电子基础材料,应用广泛。为了降低半绝缘砷化镓单晶片表面的亮点缺陷,对砷化镓晶片在不同温度和不同砷蒸汽压条件下进行了热处理,研究了热处理对砷化镓中砷的存在形式转换的影响及其机理。     

反掺锡高纯度砷化镓单晶的制备及热处理

本文报导了应用3T—HB法制备高纯度反掺锡砷化镓单晶的工艺和热处理对其电学性质的影响。实验结果表明,经过适当热处理砷化镓单晶液氮电子迁移率达51800cm~2/V·S。应用Brooks-Herring公式计算出浅施主浓度N_D和总受主浓度N_A。对N_D-N_A,Δμ-N_D作图,有助于看出n型砷化镓结构缺陷模型。根据热处理条件对电学性质的影响,对热处理机理和迁移率刽子手进行了讨论分析。     

砷化镓结型激光器研制过程中的观察和测量

一、用红外反射光谱测量砷化镓外延层的自由载流子浓度。 高掺杂GaAs单晶的红外反射率R表现出一反常色散,如图1:     

水平定向凝固法合成砷化镓多晶

采用水平定向凝固法合成砷化镓多晶,定向凝固炉分为3个温区,砷单质在低温区(约630℃)升华,通过中温区后在高温区(1 250~1 255℃)与镓逐渐化合为砷化镓多晶.石英变形、砷端杂质、多晶表面氧化以及多晶尾端富镓是合成砷化镓多晶过程中易出现的宏观缺陷.通过对原料配方设计、砷蒸气压控制以及炉子降温程序设计等进行优化,成功获得了完整性好且电学性能指标优异的砷化镓多晶.多晶的迁移率在4 800~5 400cm2/(V·s),载流子浓度为1015~1016 cm-3量级,完全满足砷化镓单晶制备要求.     

基于SPH-FEM转换算法的砷化镓划片损伤过程研究

为了进一步提高半导体激光器巴条制造质量,改善解理加工过程中划片损伤情况,采用SPH-FEM转换算法研究划片速度和载荷对单晶砷化镓（gallium arsenide,GaAs）划片损伤的影响。基于广义胡克定律计算出砷化镓{100}晶面<110>晶向的各向异性机械力学特征参数,采用SPH-FEM转换算法仿真金刚石刀头划片实验,将划片过程中损伤的有限元转换为粒子,研究损伤粒子在刀头作用下的运动轨迹,确定出划片的损伤过程。研究表明,该方法较好地解决了传统有限元法大变形区域发生网格畸变所导致的计算误差问题,揭示了不同加工参数对砷化镓材料划片损伤的影响,并得到了实验验证,为脆性材料的划片损伤过程提供了新的途径和思路。     

磷压法气相外延 GaAs_(1-x)P_x

本文系采用赤磷、三氯化砷、砷化镓(或镓)为原料,在砷化镓衬底上进行GaAs_(1-x)P_x 气相外延生长的试验总结。文中分析了影响生长速度、合金组成、外延层表面形态的因素;叙述了此体系生长GaAs_(1-x)P_x(x≈0.40)外延层的操作工艺和条件。从制造发光器件的结果和投产的情况说明,此法可作为工业生产方法。     

金刚石线锯切割对砷化镓切片表面质量的影响

采用金刚石线锯对直径65 mm的单晶砷化镓棒材进行切割实验,锯丝线速度分别为0.8,2.5 m.s-1,进给速度分别为0.6,1.5,2.5 mm.min-1.应用原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)测量切割后砷化镓切片的表面粗糙度,根据脆塑转变中的滑移理论分析了金刚石线锯切割砷化镓晶体的加工过程.结果表明:当进给速度为0.6 mm.min-1,线速度为2.5 m.s-1时,切割表面平整,无崩碎现象,表面粗糙度值达55.21 nm.提高线速度,表面粗糙度减小;提高进给速度,表面粗糙度增加.当进给速度较大时,提高线速度,表面粗糙度减小不明显,其主要原因是由于进给速度过高后系统振动、冲击增强所致,而锯丝磨损、磨粒脱落也是切割表面质量降低原因之一.     

锗片清洗工艺对太阳电池性能影响的研究

随着砷化镓太阳电池对锗片的需求,免清洗锗片的需求日益增加.本文在试验的基础上阐述了锗单晶抛光片的清洗机理.通过对锗抛光片表面有机物和颗粒的去除技术研究,建立了超薄锗单晶抛光片的清洗工艺,利用该清洗工艺制备的锗抛光片完全满足了空间岛效太阳电池的使用要求.     

超高纯晶体能在真空条件下生成

当电子迅速通过半导体时,半导体纯度的重要性仅次于电子运动速度。因此,在材料中的杂质越少,电子的移动速度就越快。这一法则已由一个研究小组用于砷化镓的研究中(砷化镓是激光唱机中所用的一种半导体材料)。如将生长的砷化镓晶体     

混合对流圆柱形封闭空间的等效导热系数及其应用

以从热面向冷面传热量相同为条件,针对封闭空间内具有混合对流及导热问题引进了等效导热系数概念。以圆柱体熔体为背景计算了等效导热系热以及它与熔体空间形状、Re数和Gr数等因素之间的关系,对所得结果进行了物理的解释。这些结果对诸如金属凝固、晶体生长等问题的计算有一定参考价值。并将计算结果与砷化镓单晶生长过程中实测数据进行对比,两者相当吻合。     

硅单晶中应力的产生

本文从理论上讨论了硅单晶生长中由于热场不对称、晶向偏离所产生的应力和提出氢缺陷的“SiO_2/Si界面”存在而产生应力的机理,近似分析计算了应力大小。指出采用对称热场、增加熔体温度梯度、增加单晶生长速度、减小晶体转速、减小温度起伏和浪涌、采用正的<111>方向生长、减小单晶中碳和氧含量、不用氢作保护气体等,可以减小这类应力,以满足超大规模集成电路的需要。     

用光学方法测量半导体禁带宽度的温度系数

本文提出了一种测量半导体禁带宽度温度系数的方法,推导出一个求dEg/dT的公式。利用这一公式,在室温附近测量计算了砷化镓单晶的禁带宽度温度系数,得到结果为-3.97×10~(-4)ev/k,这与人们公认的-3.95×10~(-4)ev/k极其接近,说明作为一种基本测量方法,是切实可行的。     

科技短波

世界首颗厘米量级碳60分子单晶在我国问世世界上最大的碳60(C60)分子单晶最近在浙江大学问世。有关专家称,这颗世界上首次以厘米计量的 C60单晶的诞生,使 C60及其化合物在物理、化学及标准科学等研究领域的前景更为广阔。据介绍,C60材料在室温下可以形成分子晶体。但由于其单晶生长不易,因此在这之前,国际上制备出的最大的 C60单晶的线度仅为6mm,这也使得目前绝大我数的研究仅停留在粉末材料或薄膜材料上。浙江大学物理系凝聚态物理研究所经过多年的研究,找到了一条最为适合 C60单晶生长的温度曲线,并成功地制备出了这颗最大线度达1.3 cm 的大尺寸、高品质单晶。