[发明专利]一种低位错锑化铟<111>方向单晶的制备方法

说明书

本发明涉及一种低位错锑化铟<111>方向单晶的制备方法，属于光电材料技术领域。所述方法主要对拉晶过程中温度、籽晶提拉速度以及放肩角度进行调控，实现直拉法生长锑化铟<111>方向单晶，拉晶结束对形成的锑化铟<111>方向单晶进行原位的退火处理，能够大大降低所制备的锑化铟<111>方向单晶的位错，使直径为50mm左右的大尺寸锑化铟<111>方向单晶的位错低密度于30个/cm²。采用锑化铟<111>方向低位错单晶制备的红外探测器的性能更稳定，所述方法大大拓宽了锑化铟<111>方向单晶在红外探测器上的应用。

技术领域

本发明涉及一种低位错锑化铟&lt;111&gt;方向单晶的制备方法，属于光电材料技术领域。

背景技术

锑化铟是Ⅲ-Ⅴ族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成本低，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的技术。

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。

对于晶体生长而言，生长的主要目的是使晶体按照设定的直径生长，对晶体放肩形状和直径的控制主要是通过改变加热功率和提拉速度等方法来实现的。当结晶加快时，晶体直径会变粗，加快提拉速度可以使直径变细，升高温度也能抑制结晶速度；反之若结晶变慢直径会变细，则需要通过降低拉速或降温来控制。为了保证晶体质量，防止在晶体生长过程中产生多晶，生长前沿的温度变化应越小越好。从宏观上考虑，放肩控制会限制晶体根据生长习性、温场分布和工艺特性等因数自然生长，因此，如果放肩控制策略使用不当，就必然会引起多晶出现。

锑化铟&lt;111&gt;方向单晶是较为普遍的，而且制备工艺也比较成熟，与锗、硅的拉晶方法相同，许多锗、硅的生产经验可以借鉴。然而，制备锑化铟单晶的难点是降位错，器件工艺对材料的要求是低位错或无位错，用普通方法制备的锑化铟单晶位错密度每平方厘米至少几百个，目前对于锑化铟&lt;111&gt;方向低位错单晶的研究比较少，而且对于锑化铟&lt;111&gt;方向低位错单晶的拉晶方法未见报道，主要是因为&lt;111&gt;方向单晶本身结构的影响，拉晶过程中容易出现多晶，&lt;111&gt;方向完整的低位错单晶很难拉成。

发明内容

针对现有技术中制备锑化铟&lt;111&gt;方向单晶存在的不足，本发明的目的在于提供一种低位错锑化铟&lt;111&gt;方向单晶的制备方法，所述方法主要通过对直拉法生长晶体过程中温度的控制以及放肩角度的严格调控，实现对锑化铟&lt;111&gt;方向低位错单晶的制备。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种低位错锑化铟&lt;111&gt;方向单晶的制备方法，所述方法步骤如下：

(1)将按化学计量比配制的铟和锑的混合物加热至完全熔化后，再进行凝固，得到锑化铟多晶材料；