砷化镓单晶制备的工艺学习资料
gaas单晶制备方法
gaas单晶制备方法GaAs（Gallium Arsenide）是一种III-V族化合物半导体材料，具有优异的电子特性和光电特性，广泛应用于高速电子器件和光电器件领域。
本文将介绍GaAs单晶的制备方法。
GaAs单晶的制备方法主要有以下几种：分子束外延（MBE）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）和液相外延（LPE）。
分子束外延是一种常用的GaAs单晶制备方法。
该方法利用分子束在表面上沉积材料，通过控制束流的能量和角度来控制沉积的位置和形貌。
首先，通过高温热解四甲基三甲基镓（TMGa）和砷化氢（AsH3）等有机金属化合物，生成金属有机气体。
然后，将金属有机气体导入到高真空条件下的反应室中，同时加热单晶衬底。
金属有机气体在表面上热解，释放出金属原子和砷原子，通过控制流量和沉积时间，使金属和砷原子按照一定的比例在单晶衬底上沉积并结晶形成GaAs单晶。
金属有机化学气相沉积是另一种常用的GaAs单晶制备方法。
该方法与分子束外延类似，也是通过金属有机气体的热解来沉积材料。
不同的是，金属有机化学气相沉积使用的反应器是封闭的，而不是高真空条件下的反应室。
在金属有机化学气相沉积中，金属有机气体和载气（如氢气）一起导入反应器中，通过加热反应器来热解金属有机气体。
金属原子和砷原子在载气的作用下在单晶衬底上沉积并结晶形成GaAs单晶。
液相外延是一种传统的GaAs单晶制备方法。
该方法使用溶液中的金属和砷化合物来沉积材料。
首先，将金属（如镓）和砷化合物（如砷化镓）加入到溶剂中，形成溶液。
然后，将单晶衬底浸入溶液中，通过加热反应器来控制溶液中金属和砷化合物的浓度和温度。
金属和砷化物在单晶衬底上沉积并结晶形成GaAs单晶。
除了上述三种常用的制备方法外，还有其他一些方法，如分子束激光外延（MBE）、金属有机激光外延（MOCVD）等。
这些方法在一定程度上可以提高GaAs单晶的质量和生长速率。
GaAs单晶的制备方法主要包括分子束外延、金属有机化学气相沉积和液相外延等。
砷化镓工艺
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成功的晶圆代工主要优势分为三方面：客户关系、先进技术、 及优越的制造能力。稳懋半导体从1999年创立以来就朝著成为 砷化镓晶圆代工产业的龙头自许，虚心向矽晶圆代工的成功商 业模式学习。稳懋从客户观点，解决了IC设计公司在选择代工 厂时最关切的核心技术外流问题。IC设计公司将订单发给IDM 公司生产时，IC设计公司最担心产品设计被抄袭，而专业代工 厂没有自己的产品，对IC设计公司来说是极大的诱因。在先进 技术方面，代工厂必须持续开发新的制造技术，以最短时间内 将客户的需求产品化。在制造方面，代工厂必须持续缩短制造 工时、提升产品良率、扩大产能规模、降低制造成本，以期能 与设计公司联合与国际IDM大厂相抗衡。 进入二十一世纪，消费者追求的是个性化与独特性的产品。尤 其在面对强调「多样」、「少量」和「Time to Market」三大 特色的通讯与消费性市场时，如何满足客户客制化需求及降低 生产成本，成为各家设计公司必须面对的当务之急。此时若能 与具有高度制程弹性与生产规模和高良率优势的代工厂合作， 以上问题均将迎刃而
2008砷化镓年复合年成长率(CAGR)=6%
砷化镓工艺
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类似矽制程技术中的BJT与CMOS，砷化镓制程技 术主要区分为HBT(异质接面双极性晶体管)与 pHEMT(异质接面高电子迁移率晶体管)两大主轴， 并被广泛应用于商用与先进无线通讯中的关键零组 件。以下针对砷化镓的制程技术作一深入浅出的剖 析。
相较于过去被应用在功率放大器的矽元件，例如BJT 与LDMOS等，HBT具有极佳功率特性、线性度、 温度稳定性与可靠度。尤其随者操作频率由900MHz 的GSM通讯系统，进步到超过2GHz的3G、4G或 Wi-Fi通讯系统。
砷化镓单晶的制备及应用
砷化镓单晶的制备及应用李卫学号24101901672 序号38摘要随着全球科技的快速发展,当今世界已经进入了信息时代.作为信息领域的命脉，光电子技术和微电子技术无疑成为了科技发展的焦点。
砷化镓作为第二代III-V族化合物半导体材料，现在虽然还没有硅材料应用的普及，但它凭借着工作速度和频率上的优势也在迅速地扩大着它的使用领域。
为了能让大家更好地了解砷化镓这个具有无限潜力和广阔前景的半导体单晶,我决定对砷化镓的制备工艺过程及其应用做一些介绍。
一、砷化镓的制备过程随着对砷化镓使用的愈加广泛，人类对砷化镓的制备工艺也在进行着不断地研究和完善，到目前为止已经有多种砷化镓的制备工艺技术，其中最主要的要属水平布里奇曼法和液态密封法。
下面我将对液态密封法制备砷化镓工艺全过程做一些介绍。
液态密封法也称LEP法或LEC法，它是目前拉制大直径III—V族化合物晶体的最重要的方法。
它的大概过程是再高压炉内，将欲拉制的化合物材料盛于石英坩埚中，上面覆盖一层透明而黏滞的惰性熔体，将整个化合物熔体密封起来，然后再在惰性熔体上充以一定压力的惰性气体，用此法来抑制化合物材料的离解。
LEC法制备砷化镓单晶的工艺流程如下：1.装料：一石英杯装Ga，一石英安瓶装As，石英坩埚中装B2O3.2。
抽真空下,B2O3加热脱水（900—1000度），Ga杯，As瓶烘烤除去氧化膜。
3。
降温至600—700度，将Ga倒入坩埚内沉没在B2O3下，充Ar气。
3．降温至600-700度，将Ga倒入坩埚内沉没在B2O3下，充Ar气。
4.As安瓶下端的毛细管尖插入Ga夜中,升温至合成温度，As受热气化溶入Ga内生长GaAs。
5。
拔出安瓶管，并按Si直拉法拉晶程序，引晶-缩颈-放肩-等径生长—收尾拉光等步骤拉制GaAs单晶.下面对整个制备工艺过程的几个方面加以详细介绍：(一）、密封化合物熔体的惰性熔体应具备以下条件:1.密度比化合物材料小,熔化后能浮在化合物熔体上面。
砷化镓材料
砷化镓材料1 引言化合物半导体材料的研究可以追溯到上世纪初，最早报导的是1910年由Thiel等人研究的InP材料。
1952年，德国科学家Welker首次把Ⅲ-Ⅴ族化合物作为一种新的半导体族来研究，并指出它们具有Ge、Si等元素半导体材料所不具备的优越特性。
五十多年来，化合物半导体材料的研究取得了巨大进展，在微电子和光电子领域也得到了日益广泛的应用。
砷化镓（GaAs）材料是目前生产量最大、应用最广泛，因而也是最重要的化合物半导体材料，是仅次于硅的最重要的半导体材料。
由于其优越的性能和能带结构，使砷化镓材料在微波器件和发光器件等方面具有很大发展潜力。
目前砷化镓材料的先进生产技术仍掌握在日本、德国以及美国等国际大公司手中，与国外公司相比国内企业在砷化镓材料生产技术方面还有较大差距。
2 砷化镓材料的性质及用途砷化镓是典型的直接跃迁型能带结构，导带极小值与价带极大值均处于布里渊区中心，即K=0处，这使其具有较高的电光转换效率，是制备光电器件的优良材料。
在300 K时，砷化镓材料禁带宽度为1.42 eV，远大于锗的0.67 eV和硅的1.12 eV，因此，砷化镓器件可以工作在较高的温度下和承受较大的功率。
砷化镓（GaAs）材料与传统的硅半导体材料相比，它具电子迁移率高、禁带宽度大、直接带隙、消耗功率低等特性，电子迁移率约为硅材料的5.7倍。
因此，广泛应用于高频及无线通讯中制做IC器件。
所制出的这种高频、高速、防辐射的高温器件，通常应用于无线通信、光纤通信、移动通信、GPS全球导航等领域。
除在I C产品应用以外，砷化镓材料也可加入其它元素改变其能带结构使其产生光电效应，制成半导体发光器件，还可以制做砷化镓太阳能电池。
表1 砷化镓材料的主要用途3 砷化镓材料制备工艺从20世纪50年代开始，已经开发出了多种砷化镓单晶生长方法。
目前主流的工业化生长工艺包括：液封直拉法（LEC）、水平布里其曼法（HB）、垂直布里其曼法（VB）以及垂直梯度凝固法（VGF）等。
砷化镓生产工艺流程_[全文]
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砷化镓生产工艺流程一、备料工序流程1、备料处理：⑴对坩埚及备件的处理①将石英件和PBN坩埚放入煅烧炉中煅烧（目的是除去坩埚表面的杂质）②将石英件和PBN坩埚送入腐蚀间用王水进行酸洗（目的是除去附着在坩埚上的金属离子）③将石英件和PBN坩埚用纯水清洗（目的是洗去酸液）④将石英件和PBN坩埚用超声波清洗（目的是除去剩余的小颗粒杂质）⑤将石英件和PBN坩埚送入烘干箱中烘干（目的是除去水分）⑥将石英件和PBN坩埚送入装料间备用。
⑵籽晶、多晶的处理①用砂纸对籽晶和多晶进行打磨②将籽晶和多晶送入腐蚀间用王水进行酸洗（目的是除去附着在籽晶和多晶的金属离子）③将籽晶和多晶送入清洗间用纯水进行清洗（目的是洗去酸液）④用沸水清洗⑤将籽晶和多晶送入烘干箱内烘干⑥将籽晶和多晶送入装料间备用在（1）（2）工序完成之后在装料间装料送入单晶炉中进行单晶的拉制2、单质砷和单质镓直接送入装料间的手套箱内3、B2O3送入烘干箱烘干、破碎后送入手套箱内在2，3工序完成之后在手套箱内对各种物料进行配比、称重。
在完成装料后送入合成炉中合成多晶。
二、整体工艺流程1、将单质砷和单质镓按一定的比例装入PBN坩埚中并加入B2O3作覆盖剂2、将配比好的物料及PBN坩埚一起送入合成炉中进行多晶的合成3、在多晶合成完成之后对多晶进行一定的处理后送入单晶炉中进行单晶的拉制4、在单晶拉制完成后要把单晶送入退火炉中退火5、在完成退火之后要对单晶进行初加工（初加工包括：定向、滚圆、切割、倒角、磨片、清洗等定向：简单的说就是将一束电子打入晶棒之中，通过电子的流向测试晶棒应该在什么方位，什么角度进行切割。
滚圆：就是将晶棒打磨成圆形。
切割：就是将晶棒切成01></a>.6~0.8mm的薄片。
倒角：就是将切割成的薄片的边缘切成斜角。
磨片：就是对薄片进行初步的打磨。
清洗：就是对打磨完成的薄片用水进行冲洗。
）6、在完成初加工后，晶片还需要进行精加工（精加工包括：抛光、清洗）7、在完成精加工后直接将抛光片进行真空封装并送入成品库。
lec砷化镓单晶生长技术
lec砷化镓单晶生长技术
砷化镓（GaAs）单晶生长技术是一项关键的半导体制备技术，
用于制造高性能光电子器件和集成电路。
砷化镓单晶生长技术通常
采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）或分子束外延（MBE）等方法。
MOCVD是一种常用的砷化镓单晶生长技术，它利用金属有机化
合物和气相的反应来沉积单晶薄膜。
在MOCVD过程中，砷化镓单晶
通常在高温下（约600-700摄氏度）通过热分解金属有机化合物来
实现。
通过控制反应条件和衬底表面的结构，可以实现高质量、均
匀性好的砷化镓单晶生长。
另一种常见的生长技术是分子束外延（MBE），它是一种高真空
技术，通过分子束的热蒸发来沉积单晶薄膜。
在MBE过程中，砷化
镓单晶通常在超高真空环境下通过热蒸发金属源和砷源来实现。
MBE
技术能够实现非常精确的控制，因此在制备复杂结构和多层异质结
的器件时具有优势。
除了MOCVD和MBE，还有其他一些砷化镓单晶生长技术，如气
相外延（VPE）、液相外延（LPE）等。
这些技术各有优缺点，适用
于不同的应用场景和器件制备要求。
总的来说，砷化镓单晶生长技术是一个复杂而关键的领域，需要充分考虑材料的纯度、均匀性、晶格匹配等因素，以实现高质量的砷化镓单晶生长。
随着半导体器件的不断发展和应用需求的不断变化，砷化镓单晶生长技术也在不断创新和进步。
lec砷化镓单晶生长技术
lec砷化镓单晶生长技术
LEC砷化镓单晶生长技术是一项重要的半导体材料制备技术，具有广泛的应用前景。
该技术可以制备高质量、高晶格匹配性的砷化镓单晶材料，用于制造高性能的光电器件和微电子器件。
本文将从生长原理、生长方法和应用领域三个方面，介绍LEC砷化镓单晶生长技术的相关内容。
一、生长原理
LEC砷化镓单晶生长技术是利用液相外延的原理，通过在熔融状态下控制溶液中溶质浓度和温度梯度，使砷化镓单晶材料从溶液中生长出来。
在生长过程中，通过控制砷化镓溶液的温度和成分，可以控制生长出的单晶材料的性质和质量。
二、生长方法
LEC砷化镓单晶生长技术主要有静态法和动态法两种方法。
静态法是将砷化镓溶液放置在石英坩埚中，通过加热使溶液达到熔点后，将衬底缓慢地浸入溶液中，使砷化镓单晶逐渐生长。
动态法是将砷化镓溶液注入到石英坩埚中，通过旋转坩埚或搅拌溶液，使溶液中的溶质均匀分布，然后将衬底缓慢地浸入溶液中，使砷化镓单晶生长。
三、应用领域
LEC砷化镓单晶材料具有优异的电学和光学性能，广泛应用于光电器件和微电子器件的制造。
在光电器件方面，砷化镓单晶材料可以
制作高效的太阳能电池、高亮度LED和激光器等。
在微电子器件方面，砷化镓单晶材料可以用于制造高速、高功率的场效应晶体管和集成电路等。
总结：
通过静态法和动态法两种生长方法，LEC砷化镓单晶技术可以制备出高质量、高晶格匹配性的砷化镓单晶材料。
这种材料在光电器件和微电子器件领域具有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展，LEC砷化镓单晶生长技术将进一步推动光电子和微电子领域的发展，并为人们的生活带来更多便利和创新。
光电器件用砷化镓体单晶材料的制备技术的研究
光电器件用砷化镓体单晶材料的制备技术的
研究
1砷化镓体单晶材料的概述
砷化镓（GaAs）是一种半导体材料，具有优异的光电性能。
由于其高电子迁移率和光吸收系数较高，砷化镓被广泛应用于太阳能电池、激光器、光电二极管、光伏器件等领域。
然而，砷化镓材料的制备技术相对较为复杂，制备高质量的砷化镓单晶材料具有一定难度。
2熔融法制备砷化镓单晶材料
熔融法是制备砷化镓单晶材料的一种有效方法。
该方法的原理是在高温下将小片砷化镓晶粒直接融化，然后通过晶种来实现晶体生长。
该方法具有生长速度快、杂质较少等优点。
此外，熔融法还可以通过其他元素的掺杂来改变砷化镓的性能，进一步提高其光电特性。
3分子束外延法制备砷化镓单晶材料
分子束外延法是另一种制备高质量砷化镓单晶材料的方法。
该方法主要是利用分子束产生的高能粒子在单晶衬底上形成砷化物材料。
分子束外延法可以制备出高质量的砷化镓单晶材料，但生长速度较慢且设备价格较高。
4液相外延法制备砷化镓单晶材料
液相外延法是制备砷化镓单晶材料的常用方法之一。
该方法是通过对砷化镓晶体与溶液的反应来实现晶体生长。
液相外延法可以制备出大面积、高质量的砷化镓单晶材料，且生长速度较快。
5总结
研究砷化镓体单晶材料的制备技术对于提高其在光电器件领域的应用性能具有重要意义。
熔融法、分子束外延法和液相外延法是当前制备砷化镓单晶材料的三种主要方法，每种方法都有其优缺点。
随着材料科学技术的不断发展，制备高质量的砷化镓单晶材料的技术将不断完善和拓展。
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HB法是曾经是大量生产半导体（低阻）砷化镓单晶（SC GaAs）的主要工艺，使用石英舟和石英管在常压下生长，可靠性和稳定性高。HB法的优点是可利用砷蒸汽精确控制晶体的化学剂量比，温度梯度小从而达到降低位错的目的。HB砷化镓单晶的位错密度比LEC砷化镓单晶的位错密度低一个数量级以上。主要缺点是难以生长非掺杂的半绝缘砷化镓单晶，所生长的晶体界面为D形，在加工成晶片过程中将造成较大的材料浪费。同时，由于高温下石英舟的承重力所限，难以生长大直径的晶体。目前采用HB工艺工业化大量生产的主要是2英寸和3英寸晶体，报道的HB法砷化镓最大晶体直径为4英寸。目前采用HB工艺进行砷化镓材料生产的公司已经不多，随着VB和VGF工艺的日渐成熟，HB工艺有被逐渐取代的趋势。
(一)国内外现状
砷化镓（GaAs）材料是目前生产量最大、应用最广泛，因而也是最重要的化合物半导体材料，是仅次于硅的最重要的半导体材料。由于其优越的性能和能带结构，使砷化镓材料在微波器件和发光器件等方面具有很大发展潜力。目前砷化镓材料的先进生产技术仍掌握在日本、德国以及美国等国际大公司手中，与国外公司相比国内企业在砷化镓材料生产技术方面还有较大差距。
半绝缘砷化镓材料主要用于高频通信器件，受到近年民用无线通信市场尤其是手机市场的拉动，半绝缘砷化镓材料的市场规模也出现了快速增长的局面。2003～2008年，半绝缘砷化镓市场需求增长了54%。目前微电子用砷化镓晶片市场主要掌握在日本住友电工（Sumitomo Electric）、费里伯格（Freiberger Compound Materials）、日立电线（Hitachi Cable）和美国AXT等四家大公司手中。主要以生产4、6英寸砷化镓材料为主。费里伯格公司供应LEC法生长的3、4、6英寸半绝缘砷化镓衬底，供应VGF法生长的4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。住友供应VB法生长的4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。日立电线供应LEC法生长的2、3、4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。AXT供应VGF法生长的2、3、4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。
表3国际砷化镓材料主要生产厂商
主要厂商
采用工艺
晶体直径
所在国家
住友电工（Sumitomo Electric）
LEC、VB
4/6
日本
费里伯格（Freiberger Compound Materials）
LEC、VGF
3/4/6
德国
日立电线（Hitachi Cable）
LEC、HB
2/3/4/6
日本
AXT（American XTAL Technology）
VGF
2/3/4/6
美国
目前中国的砷化镓材料生产企业主要以LED用低阻砷化镓晶片为代表的低端市场为主，利润率较高的微电子用4～6英寸半绝缘晶片还没有形成产业规模。中国大陆从事砷化镓材料研发与生产的公司主要有：北京通美晶体技术有限公司（AXT）、中科晶电信息材料（北京）有限公司、天津晶明电子材料有限责任公司（中电集团46研究所）、北京中科镓英半导体有限公司、北京国瑞电子材料有限责任公司、扬州中显机械有限公司、山东远东高科技材料有限公司、大庆佳昌科技有限公司、新乡神舟晶体科技发展有限公司（原国营542厂）等九家。
砷化镓单晶制备的工艺
砷
化
镓
单
晶
制
备
工
艺
院系：
学号：
专业:
姓名：
时间：
摘要：1.砷化稼(GaAs)是目前最重要、最成熟的化合物半导体材料之一广泛应用于光电子和微电子领域。
2.由于砷化稼禁带宽度宽、电子迁移率高，因而砷化稼可直接研制光电子器件.如发光二极管、可见光激光器、近红外激光器、量子阱大功率激光器、红外探测器和高效太阳能电池等。
3.综述了几种较为成功的适合于工业化大规模生长及科研应用的GaAs材料的生长工艺，如
液封直拉法、水平布里支曼法、垂直梯度凝固法/垂直布里支曼法和蒸气压控制直拉法。
4.通过化学腐蚀、金相显微观察、透射电子显微镜、扫描电镜和X射线异常透射形貌等技术，研究了半绝缘砷化稼单屏，中的位错和微缺陷.实验发现用常规液封直拉法制备出的直径大于或等于75mm的半绝缘砷化稼单屏，在品体周边区域，一般都有由高密度位错的运动和反应而形成的蜂窝状网络结构，并且位错和微缺陷之间，有着强烈的相互作用，位错吸附微缺陷，微缺陷缀饰位错.
扬州
山东远东高科技材料有限公司
LEC(LEVB)
2/3
济宁
大庆佳昌科技有限公司
LEC/VGF
2/4
大庆
新乡神舟晶体科技发展有限公司
HB/LEC
2/3
新乡
(二)砷化镓单晶制备方法及原理
从20世纪50年代开始，已经开发出了多种砷化镓单晶生长方法。目前主流的工业化生长工艺包括：液封直拉法（LEC）、水平布里其曼法（HB）、垂直布里其曼法（VB）以及垂直梯度凝固法（VGF）等。
表4国内砷化镓材料主要生产企业
主要企业
采用工艺
晶体直径
所在地区
中科晶电信息材料（北京）有限公司
VGF
2/4
北京
天津晶明电子材料有限责任公司（46所）
VB/VGF/LEC
2/4
天津
北京中科镓英半导体有限公司
LEC
2/4
北京
北京国瑞电子材料有限责任公司
HB
2/2.5
北京液封直拉法（Liquid Encapsulated Czochralski，简称LEC）
LEC法是生长非掺半绝缘砷化镓单晶（SI GaAs）的主要工艺，目前市场上80%以上的半绝缘砷化镓单晶是采用LEC法生长的。LEC法采用石墨加热器和PBN坩埚，以B2O3作为液封剂，在2MPa的氩气环境下进行砷化镓晶体生长。LEC工艺的主要优点是可靠性高，容易生长较长的大直径单晶，晶体碳含量可控，晶体的半绝缘特性好。其主要缺点是：化学剂量比较难控制、热场的温度梯度大（100~150 K/cm）、晶体的位错密度高达104以上且分布不均匀。日本日立电线公司于1998年首先建立了6英寸LEC砷化镓单晶生产线，该公司安装了当时世界上最大的砷化镓单晶炉，坩埚直径400mm，投料量50公斤，生长的6英寸单晶长度达到350 mm。德国Freiberger公司于2000年报道了世界上第一颗采用LEC工艺研制的8英寸砷化镓单晶。