红外LED用GaAs单晶的垂直梯度凝固制备研究

作者：路淑娟; 陈蓓曦; 张路; 曹波^*; 张云博; 马志永; 齐兴旺; 于洪国

来源：人工晶体学报, 2023, 52(02): 235-243.

DOI：10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2023.02.003

• 砷化镓
• 垂直梯度凝固
• 位错密度
• 载流子
• 迁移率
• 热场
• 炉膛

GaAs单晶是当前光电子器件的主要衬底材料之一，在红外LED中有着重要应用。但杂质浓度高、迁移率低等缺点会严重影响红外LED器件性能。为生产出低杂质浓度、高迁移率、载流子分布均匀、高利用率的红外LED用掺硅垂直梯度凝固(VGF)法GaAs单晶，本文研究了热场分布、合成舟和炉膛材质、工艺参数对单晶的成晶质量、杂质浓度、迁移率、载流子分布的影响。利用CGSim软件对单晶生长热场系统进行数值模拟研究，温区一至温区六长度比例为8∶12∶9∶5∶5∶7时，恒温区达到最长，位错密度达到1 000 cm-2以下，成晶率达到85%。采用打毛石英合成舟进行GaAs合成，用莫来石炉膛替代石英炉膛，可以获得迁移率整体高于3 000 cm2/(V·s)的GaAs单晶，满足红外LED使用要求。对单晶生长工艺参数展开研究，采用提高头部生长速度、降低尾部生长速度的方式提高单晶轴向载流子浓度均匀性，头尾部载流子浓度差降低33%,尾部迁移率从2 900 cm2/(V·s)提高到3 560 cm2/(V·s)。单晶有效利用长度提高33%,单晶利用率达到75%,大幅降低了原料损耗成本。

• 单位
  西北工业大学