[发明专利]一种大尺寸211晶向低位错密度锑化铟InSb晶体及其生长方法

说明书

本发明公开了一种大尺寸211晶向低位错密度锑化铟InSb晶体及其生长方法，大尺寸211晶向低位错密度锑化铟InSb晶体生长方法包括：制备满足位错精度要求的211晶向InSb籽晶；将一定比例的原材料In和Sb装入炉膛内，并控制炉膛内环境参数，以在InSb晶体生长过程中，In‑Sb偏离1:1摩尔比在误差范围内；将制备好的211晶向InSb籽晶插入熔体表面进行熔接，并控制晶体拉速、转速以及坩埚转速，以使得InSb晶体横截面轮廓与圆形的相似度大于阈值。采用本发明制备InSb晶体，解决了籽晶位错的遗传效应，降低晶体生长过程中的热应力以及热应力差异，避免了In‑Sb比例失衡问题，从而减少位错缺陷，提高InSb晶体的质量和成品率。

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，尤其涉及一种大尺寸211晶向低位错密度锑化铟InSb晶体及其生长方法。

背景技术

InSb材料是一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，具有闪锌矿结构，在3～5μm 中波波段拥有将近100％的量子效率，被常用于制备中波段红外探测器。InSb焦平面阵列(FPA)由于制备工艺已相当成熟，已被广泛应用于红外探测和天文观察等民用红外系统中，并取得了很好的结果。位错是晶体结构中的不连续性，会产生应变场和/或悬挂的键点，从而中断电荷在位错附近区域的传输。这种效应会降低探测器连接处的迁移率和少数载流子寿命，从而导致更高的电阻、较差的信噪比，以及在有位错的区域中探测器响应的均匀性较差。对于FPA成像器件，由于晶圆质量较低而导致的性能下降表现为死点或暗点像素和像素簇，或在晶圆的不同部分的不均匀光响应，所以位错密度是FPA用InSb材料的最重要因素。

InSb晶体主流制备技术Czochralski法。Czochralski法是将高纯原材料装入炉膛，充入氢气气氛，使用电阻或者感应加热将装在高纯度石英坩埚中的原材料熔化，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、缩颈、转肩、等径生长、收尾等过程，生长出晶体。InSb材料的临界屈服应力小，极易产生位错缺陷。生长211晶向晶体时，位错线会贯穿整根晶体，数量不会减少。211晶向晶体为非对称晶向，其生长出的晶体形状不像111晶向晶体那样为接近于圆柱体的六面体，而是不规则的形状，且必定存在多个较大的平面，这就导致晶体在径向各点处的生长速度存在较大差异，各点处的热应力也有所不同，所以在某些方向上容易激增位错缺陷。Sb有着较高的蒸汽压，在锑化铟晶体生长过程中，随着晶体生长的进行，Sb元素不断挥发，导致In-Sb 比不断上升，使得In-Sb比偏离了1:1摩尔比，这时易生产孪晶或者位错。

发明内容

本发明提供一种大尺寸211晶向低位错密度锑化铟InSb晶体及其生长方法，用以至少解决大尺寸211晶向晶体位错严重的问题。

根据本发明实施例的大尺寸211晶向低位错密度锑化铟InSb晶体生长方法，包括：

制备满足位错精度要求的211晶向InSb籽晶；

将一定比例的原材料In和Sb装入炉膛内，并控制所述炉膛内环境参数，以在InSb晶体生长过程中，In-Sb偏离1:1摩尔比在误差范围内；

将制备好的211晶向InSb籽晶插入熔体表面进行熔接，并控制晶体拉速、转速以及坩埚转速，以使得InSb晶体横截面轮廓与圆形的相似度大于阈值。

根据本发明的一些实施例，所述方法，还包括：

在等径阶段，控制直径角度浮动小于等于±5°。

根据本发明的一些实施例，在等径阶段，控制直径大于等于两英寸。

根据本发明的一些实施例，所述方法，还包括：

在放肩阶段，控制放肩角度在5°～15°范围内、放肩角度浮动小于等于± 5°；

在收尾阶段，控制收尾角度在-5°～-20°范围内、收尾角度浮动小于等于±5°。