掺铋砷化镓晶体性能研究+文献综述(3)
表1 砷化镓单晶的掺杂及掺杂杂质的性质
器件应用 掺杂元素 衬质类型 掺杂浓度
微波器件:
雷达、电子战系统和通信系统等电子装备 Te、Sn
N+ 1017~1018Si
I ~1017 Cr、O
红外器件:
遥控、遥测和通信领域 Si N+ 1017~1018
Zn P+ 1017~1018
Te N+ 1017~1018
激光器件 Te、Sn、Si N+ ~1018
可见光器件 Te、Sn、Si N+ 1017~1018
红外调制器件 Cr、O、Fe I ~1017
表2 不同杂质在GaAs中形成不同的能级
掺杂元素族 掺杂元素 掺杂状态 掺杂剂类型 机理
Ⅱ Be、Mg、Zn、Cd、Hg 浅受主 P
Ⅳ Si、Ge、Zn 两性 杂质的性质、浓度及材料制备过程中掺杂的条件
Ⅵ S、Se、Te 浅施主 N
过渡元素 Cr、Mn、Co、Ni、Fe、 V→ 施主
深受主
与化学价态有关
元素 Si Ge Ga As
原子半径（Å） 1.17 1.22 1.26 1.18
1.3 砷化镓单晶的生长方法
早期市售GaAs单晶多采用液封直拉法生长。该方法是在传统直拉法基础上增加B2O3液封技术形成的一种生长GaAs晶体的专用方法，英文Liquid encapsulated Czochralski method，简称LEC。但随着器件性能和工艺的发展和进步，LEC工艺生长的晶体由于过高的位错，不能满足高性能器件的需要。为了减少位错以及其他特殊的需要，人们发展了多种新的生长工艺，比如HB（水平布里奇曼法）、VCZ（Vapor Control Czochralski，蒸汽压控制直拉法）、VGF（垂直梯度凝固法）、VB(垂直布里奇曼)、等。经过多年的发展， VB或VGF工艺以其优良的晶体性能已经成为行业主流。
1.3.1 液封直拉法（Liquid Encapsulated Crochralski, LEC）
Mullin等人采用LEC工艺生长GaAs单晶，建立了一套完整的工艺路线，至今仍是广泛用于制备高速高频电路和器件的SI-GaAs单晶的基础和主要技术。通过多加热器生长炉和控制晶体冷却的后加热装置，一般在2MPa氩气氛下，有实验论证亦能在1MPa压力下完成，采用可重复使用高纯热解BN（PBN）坩埚,从30kg砷化镓熔体中生长出直径达200mm的单晶。
图是LEC工艺的生长示意图。第二代砷化镓单晶生长炉即高压液封直拉法高压单晶炉[8]就是在这个时期开始使用的。它可通过原位合成避免二次污染，解决了砷化镓单晶材料半绝缘特性，大幅度提高生产率以满足特别是光电器件和通讯市场的需求。为了降低生长过程中较大的温度梯度高达500℃/cm[9]，又继续发展了多种技术如液封泡腾技术（liquid encapsulated kyropoulos, LEK）[10]和得到改善的单晶生长炉如部分低压液封直拉法（low pressure liquid encapsulated Czochralski, LPLEC）常压单晶炉、全液封直拉（full encapsulated Czochralski, FEC）单晶炉、气压控制直拉法单晶炉和磁耦合直拉技术