磷化铟晶体中与配比相关的缺陷密度研究

摘要

随着半导体产业的不断发展进步，化合物半导体材料InP表现出来的优势越来越明显。熔体的化学配比能够影响晶体内部缺陷，从而决定着材料的性质。在富磷条件下制备InP单晶材料，更有利于实现非掺杂InP的半绝缘特性。而在富磷熔体中进行InP单晶生长时，单晶锭内产生大量的气孔，严重影响了材料的性能。本文结合实际的拉晶工艺，对气孔的产生机理及其对缺陷尤其是位错缺陷的影响进行探究。运用非接触电阻率测量技术和光致发光谱技术（PL）对Fe杂质在InP晶片中的分布进行电学和光学表征；采用扫描电子显微镜观察气孔的形貌；采用X射线衍射技术（XRD）对气孔周围的结晶质量进行研究；使用能量色散谱技术（EDS）测量气孔的成分；采用Huber腐蚀法和金相显微镜对晶片的位错密度进行统计；使用透射偏振差分谱技术对晶片进行热应力测试。
　　非接触电阻率测量和光致发光谱结果表明，电阻率和PL发光强度都呈圆环形分布，相对于边缘位置，晶片中心位置的电阻率较低，而PL发光强度较高，认为这是由于微凸向熔体的生长界面使得晶片的中心部位优先于边缘部位生长，导致中心位置的Fe杂质浓度相对较低。
　　EDS结果表明，孔洞内壁上的P含量要多于In，而无孔洞位置处可以认为是近化学配比的，说明在富磷熔体中制备近化学配比的InP单晶材料是可以实现的。XRD测试结果表明，孔洞周围的结晶质量远低于无孔洞位置，孔洞对晶体质量影响较大。
　　对近化学配比和富磷的InP单晶片进行了整片的位错密度和热应力研究，结果表明，晶片中心和边缘部分的位错密度和热应力相对较高，位错和热应力都呈圆环形分布。富磷InP单晶片中，孔洞周围的EPD很高，大部分孔洞处的热应力很大，但是在小部分孔洞周围，热应力反而降低。这可能是因为在晶锭退火工艺过程中，贯穿整个晶锭的气孔可以为残余热应力提供一种散发通道，有助于消除残余热应力。

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第一章 绪论

1.1 磷化铟材料概况

1.2 化合物半导体材料的化学配比

1.3 位错的基本介绍

1.4 国内外磷化铟研究背景

1.5 本课题的选题意义

1.6 本论文的内容及结构安排

第二章 磷化铟材料的合成及生长技术

2.1 磷化铟合成技术简介

2.2 磷注入合成技术基本介绍

2.3 磷化铟单晶生长技术简介

第三章 原位磷注入合成LEC生长法制备磷化铟

3.1 实验准备

3.2 原位磷注入合成过程

3.3 LEC生长过程

第四章 工艺条件对InP晶体缺陷的影响

4.1 位错来源及抑制方法

4.2 掺杂对缺陷分布的影响

第五章 富磷InP中气孔的形成及其结构研究

5.1 样品制备

5.2 测试方法及原理

5.3 结果与讨论

第六章 富磷InP晶体中与气孔相关的位错研究

6.1 样品制备

6.2 测试方法及原理

6.3 结果与讨论

第七章 结论

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢