一种降低锑化铟单晶位错的方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 108166061 A(43)申请公布日 2018.06.15

(21)申请号 201711424693.7(22)申请日 2017.12.25

(71)申请人 云南北方昆物光电科技发展有限公

司

地址 650223 云南省昆明市教场东路31号

201副楼(72)发明人 李忠良　刘世能　杨文运　李增寿　

何雯瑾　李秋妍　冯江敏　余黎静　太云见　赵鹏　黄晖　(74)专利代理机构 北京理工大学专利中心

11120

代理人 杨志兵　仇蕾安(51)Int.Cl.

C30B 29/40(2006.01)C30B 33/02(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页

(54)发明名称

一种降低锑化铟单晶位错的方法

(57)摘要

本发明涉及一种降低锑化铟单晶位错的方法，属于光电材料技术领域。本发明所述方法是对采用Czochralski法制备的锑化铟单晶进行原位退火处理，从而降低锑化铟单晶位错。相对于在锑化铟单晶生长过程中通过调控温度以降低位错密度的方法，本发明所述的技术方案操作简单，而且退火处理过程的条件更容易调控，能够显著降低锑化铟单晶的位错密度，使直径约为50mm的大尺寸锑化铟晶体的位错密度能够低于50个/cm2，从而能够制备得到性能优异的大尺寸锑化铟单晶。

CN 108166061 ACN 108166061 A

权　利　要　求　书

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1.一种降低锑化铟单晶位错的方法，其特征在于：所述方法步骤如下，(1)采用Czochralski法制备锑化铟单晶；(2)锑化铟单晶拉晶结束后，将锑化铟单晶表面的温度控制在350℃～450℃，并保温20h以上；

(3)保温结束后，继续降温至室温，并在室温下放置24h以上再取出，得到低位错锑化铟单晶。

2.根据权利要求1所述的一种降低锑化铟单晶位错的方法，其特征在于：步骤(2)中，在350℃～450℃下保温20h～40h。

3.根据权利要求1所述的一种降低锑化铟单晶位错的方法，其特征在于：步骤(3)中，以15℃/h～25℃/h的降温速率降温至室温。

4.根据权利要求1所述的一种降低锑化铟单晶位错的方法，其特征在于：步骤(3)中，在室温下放置24h～50h后再取出。

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说　明　书

一种降低锑化铟单晶位错的方法

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技术领域

[0001]本发明涉及一种降低锑化铟单晶位错的方法，属于光电材料技术领域。

背景技术

[0002]锑化铟是Ⅲ-Ⅴ蔟化合物半导体中禁带宽度最窄，迁移率最大的材料，其物理、化学性能稳定，被广泛应用于红外探测器及霍尔器件等方面。红外探测器的量子效率与选用的红外敏感材料密切相关，而锑化铟在3μm～5μm波段具有很高的量子效率，加上锑化铟在制备红外探测器上拥有低成本，锑化铟红外探测器以其在军事方面的重要应用及在民用方面的广泛前景，引起了越来越广泛的关注。另外，为了适应锑化铟红外焦平面列阵器件向大规模发展的趋势，同时，为了降低红外探测器器件研制成本并提高生产效率，国内外一直在研究发展大尺寸锑化铟单晶生长技术。

[0003]目前锑化铟单晶生长主要采用常规的Czochralski(切克劳斯基)法生长，这是一种制备半导体块状单晶材料的重要手段。该方法可以不受坩埚约束而生长晶体，晶体的外形尺寸在一定范围内可选择，同时，所制备的晶体有较高的完整性。Czochralski法生长单晶的设备主要包括加热器、石英管、坩埚以及提拉杆，加热器对放置坩埚的石英管区域加热，使坩埚内部的多晶材料熔融，通过提拉杆使籽晶插入熔体中，随后再将籽晶慢慢提起，新的晶体在籽晶下部不断生长，在单晶生长的过程中石英管内部充入保护气体。[0004]然而，Czochralski法生长锑化铟单晶有个缺点，即炉内具有一个很高的纵向温度梯度，在晶体生长过程中容易产生位错。特别是在拉制直径为20mm以上的单晶锭时，提高晶体的完整性，降低位错密度，在工艺上就出现很多困难。而关于锑化铟晶体完整性的研究，特别是有关位错的研究，近年来已有较为详尽的报道。相关的参考文献有两种观点，一种是近表面的径向热应力和近轴向热应力会引起晶体的位错，当晶体的直径增加时，晶体的位错也增加，当晶体的散热程度变化时，晶体内部的位错密度也会变化，并认为当环境加热晶体时，对减少位错有利；另一种观点是消除热应力可以减少位错，认为只要轴向温度梯度是一个常数，径向温度梯度为零，能拉出低位错的单晶。上述两种观点的基本思路都是一致的，都是为了减少晶体的轴向温度梯度，降低径向热流量，减少晶体内的热应力，从而降低了单晶的位错密度。目前也主要是通过设计拉晶过程中生长室内的恰当温场，降低单晶的位错。但是，在实际操作过程中，生长室的温度难以精确调控，对于降低位错密度的程度有限，一般只能将位错密度降低到每平方厘米数百个。发明内容

[0005]针对现有技术降低锑化铟单晶位错密度程度有限的问题，本发明的目的在于提供一种降低锑化铟单晶位错的方法，该方法是通过对采用Czochralski法制备的锑化铟单晶进行原位退火处理，降低锑化铟单晶位错，操作简单，退火处理的条件容易调控，使直径为50mm左右的大尺寸锑化铟单晶位错密度低于50个/cm2。[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

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CN 108166061 A[0007]

说　明　书

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一种降低锑化铟单晶位错的方法，所述方法步骤如下，

[0008](1)采用Czochralski法制备锑化铟单晶；[0009](2)锑化铟单晶拉晶结束后，将锑化铟单晶表面的温度控制在350℃～450℃，并保温20h以上，优选20h～40h；[0010](3)保温结束后，继续降温至室温，并在室温下放置24h以上再取出，得到低位错锑化铟单晶；其中，以15℃/h～25℃/h的降温速率进行降温，室温下放置优选24h～50h。[0011]有益效果：

[0012]本发明所述方法是对拉晶结束后的锑化铟单晶进行原位退火处理，从而避免在锑化铟单晶生长过程中进行温度调控以降低锑化铟单晶的位错，本发明所述的原位退火处理操作简单，而且条件容易调控，并且能够显著降低锑化铟单晶的位错密度，使大尺寸(约为50mm)的锑化铟晶体的位错密度能够低于50个/cm2，进而能够显著改善大尺寸锑化铟单晶的性能。

具体实施方式

[0013]下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。[0014]实施例1

[0015]一种低位错锑化铟<211>方向单晶的制备步骤如下，[0016](1)将纯度为6N的铟和锑按照1:1的摩尔比进行配料，将二者的混合物放在石英舟内，再转移至充有氢气且密封的石英管中，加热使石英舟内的固体完全熔化，并保温5h确保锑和铟混合均匀，再进行凝固，得到锑化铟多晶材料；[0017](2)对锑化铟多晶材料进行20次的区域提纯后，利用霍尔效应对区域提纯后的锭条进行测试，截取锭条中载流子浓度N≤1×1014cm-3(77K)，电子迁移率u≥5×105/V·S(77K)的部分，即为高纯度的锑化铟多晶材料；[0018](3)对高纯度的锑化铟多晶材料表面进行打磨清洗，并采用CP4腐蚀剂(由体积比为5:3:3的硝酸、氢氟酸和冰乙酸组成)进行腐蚀处理，然后装入清洁干燥的石英坩埚中，并将石英坩埚转移至充有氢气且密封的石英管中，并对放置石英坩埚的石英管区域进行加热，使石英坩埚内高纯度的锑化铟多晶材料完全熔化成液体；[0019](4)降低加热功率，待液体表面区域形成晶核后，通过提拉杆将<211>方向的锑化铟籽晶插入液体液面以下4mm，待液体表面的温度与液体表面上方空气之间的温差为120℃时，再以15r/min的转速和45mm/h的上升速度提拉籽晶，同时石英坩埚以15r/min的转速进行旋转，并在提拉过程中以5mW/min～30mW/min的速率逐渐降低加热功率，形成放肩角度为30o的放肩段；之后均匀降低加热功率，形成直径为50mm的等径段；最后增加加热功率，形成锥形收尾段，即得到一根锑化铟<211>方向单晶；[0020](5)锑化铟<211>方向单晶拉晶结束后，停止坩埚的旋转、籽晶的旋转以及对籽晶的提拉，并降低加热功率，使锑化铟<211>方向单晶表面的温度降至400℃，并在400℃下保温30h；[0021](6)保温结束后，继续降低加热功率，以20℃/h的降温速率将锑化铟<211>方向单晶表面温度降至室温后，再放置24h后取出，得到低位错锑化铟<211>方向单晶。[0022]对所制备的低位错锑化铟<211>方向单晶等径段进行切片，并采用CP4腐蚀剂(由

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说　明　书

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体积比为5:3:3的硝酸、氢氟酸和冰乙酸组成)对等径段切片进行腐蚀处理，之后放在光学显微镜下观察并统计得到位错密度为50个/cm2。[0023]对比例1

[0024]在实施例1的基础上，采用与实施例1的步骤(1)～步骤(4)相同的工艺条件制备锑化铟<211>方向单晶。

[0025]对所制备的锑化铟<211>方向单晶等径段进行切片，并采用CP4腐蚀剂对等径段切片进行腐蚀处理，之后放在光学显微镜下观察并统计得到位错密度为2000个/cm2。[0026]综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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