3英寸VGF法GaAs单晶生长过程中固液界面的研究

发布时间：2019-07-27 14:17

【摘要】：本文利用CGSim晶体生长模拟软件计算分析了 3英寸VGF法GaAs单晶生长过程中的固液界面形状和热应力,研究了固液界面形状的形成和变化原因以及固液界面形状对热应力的影响。采用化学择优腐蚀法检测了生长出的GaAs单晶中的位错密度分布,并与数值模拟得到的热应力分布进行了对比,验证了数值模拟模型的准确性。采用霍尔效应检测的方法检测了单晶中的载流子浓度分布,研究了固液界面形状对载流子浓度分布及电学均匀性的影响。最终得到以下研究成果:(1)固液界面上不同位置的生长速度正比于该位置的净热通量△q,△q越大,晶体生长速度越大,反之则越小;任意时刻的固液界面形状是从生长起始时刻开始,固液界面上不同位置在各自净热通量△q及其变化的作用下,沿各自不同的生长速度及其变化而生长的叠加。(2)晶体生长过程中,晶体中的热应力分布呈典型的"W"型分布,特别是在等径阶段初期,"W"型特征尤为明显;随着生长的进行,固液界面及其附近晶体中热应力的"W"型分布愈发不明显,径向热应力分布逐渐较为均匀。(3)晶体生长过程中,固液界面及其附近晶体中的热应力一方面取决于固液界面的形状,固液界面偏离程度越低,晶体中的热应力越小;另一方面取决于晶体的散热程度,即净热通量△q,△q越大,晶体的散热程度越高,热应力越小。(4)在位错密度腐蚀检测实验中,晶片试样靠近径向边缘处的位错密度不会像热应力那样随着径向距离的增加而增加,特别是晶体头部的晶片试样,这种变化趋势的不一致性更为明显。这是由于在数值模拟中为简化模型,忽略了晶体和坩埚之间作为包覆剂的B203的存在,使得在模拟中晶体和坩祸之间因热膨胀系数的不同产生较大的热应力,因此出现数值模拟中径向边缘位置热应力增加的现象。(5)在忽略靠近径向边缘位置处因数值模拟简化模型造成的热应力和位错密度在变化趋势上不一致的前提下,晶片中热应力超过GaAs临界分切应力0.7MPa[44]的位置,均有位错的存在,且位错腐蚀检测实验中得到的晶片径向位错密度分布趋势和数值模拟得到的晶片径向热应力分布趋势趋势较为一致,采用CGSim对VGF法GaAs单晶生长进行数值模拟具有较好的准确性。(6)随着生长的进行,晶体中的载流子浓度逐渐升高;对于凸向熔体的固液界面附近处的晶体,生长结束后,晶片径向载流子浓度从中心沿半径方向逐渐升高;对于凹向晶体的固液界面,晶片载流子浓度从中心沿半径方向逐渐降低;不管是凸形固液界面还是凹形固液界面,随着固液界面偏离度的增加,径向载流子浓度分布愈发不均匀。
【学位授予单位】：北京有色金属研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O78

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本文编号：2520067