【摘要】：本文利用CGSim晶體生長模擬軟件計算分析了 3英寸VGF法GaAs單晶生長過程中的固液界面形狀和熱應力,研究了固液界面形狀的形成和變化原因以及固液界面形狀對熱應力的影響。采用化學擇優(yōu)腐蝕法檢測了生長出的GaAs單晶中的位錯密度分布,并與數(shù)值模擬得到的熱應力分布進行了對比,驗證了數(shù)值模擬模型的準確性。采用霍爾效應檢測的方法檢測了單晶中的載流子濃度分布,研究了固液界面形狀對載流子濃度分布及電學均勻性的影響。最終得到以下研究成果:(1)固液界面上不同位置的生長速度正比于該位置的凈熱通量△q,△q越大,晶體生長速度越大,反之則越小;任意時刻的固液界面形狀是從生長起始時刻開始,固液界面上不同位置在各自凈熱通量△q及其變化的作用下,沿各自不同的生長速度及其變化而生長的疊加。(2)晶體生長過程中,晶體中的熱應力分布呈典型的"W"型分布,特別是在等徑階段初期,"W"型特征尤為明顯;隨著生長的進行,固液界面及其附近晶體中熱應力的"W"型分布愈發(fā)不明顯,徑向熱應力分布逐漸較為均勻。(3)晶體生長過程中,固液界面及其附近晶體中的熱應力一方面取決于固液界面的形狀,固液界面偏離程度越低,晶體中的熱應力越小;另一方面取決于晶體的散熱程度,即凈熱通量△q,△q越大,晶體的散熱程度越高,熱應力越小。(4)在位錯密度腐蝕檢測實驗中,晶片試樣靠近徑向邊緣處的位錯密度不會像熱應力那樣隨著徑向距離的增加而增加,特別是晶體頭部的晶片試樣,這種變化趨勢的不一致性更為明顯。這是由于在數(shù)值模擬中為簡化模型,忽略了晶體和坩堝之間作為包覆劑的B203的存在,使得在模擬中晶體和坩禍之間因熱膨脹系數(shù)的不同產生較大的熱應力,因此出現(xiàn)數(shù)值模擬中徑向邊緣位置熱應力增加的現(xiàn)象。(5)在忽略靠近徑向邊緣位置處因數(shù)值模擬簡化模型造成的熱應力和位錯密度在變化趨勢上不一致的前提下,晶片中熱應力超過GaAs臨界分切應力0.7MPa[44]的位置,均有位錯的存在,且位錯腐蝕檢測實驗中得到的晶片徑向位錯密度分布趨勢和數(shù)值模擬得到的晶片徑向熱應力分布趨勢趨勢較為一致,采用CGSim對VGF法GaAs單晶生長進行數(shù)值模擬具有較好的準確性。(6)隨著生長的進行,晶體中的載流子濃度逐漸升高;對于凸向熔體的固液界面附近處的晶體,生長結束后,晶片徑向載流子濃度從中心沿半徑方向逐漸升高;對于凹向晶體的固液界面,晶片載流子濃度從中心沿半徑方向逐漸降低;不管是凸形固液界面還是凹形固液界面,隨著固液界面偏離度的增加,徑向載流子濃度分布愈發(fā)不均勻。
【學位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O78

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本文編號：2520067