發(fā)布時間：2019-07-27 14:17

【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(yīng)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(yīng)力的影響。采用化學(xué)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(yīng)力分布進(jìn)行了對比,驗(yàn)證了數(shù)值模擬模型的準(zhǔn)確性。采用霍爾效應(yīng)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(xué)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(yīng)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(jìn)行,固液界面及其附近晶體中熱應(yīng)力的"W"型分布愈發(fā)不明顯,徑向熱應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力越小。(4)在位錯密度腐蝕檢測實(shí)驗(yàn)中,晶片試樣靠近徑向邊緣處的位錯密度不會像熱應(yīng)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(chǎn)生較大的熱應(yīng)力,因此出現(xiàn)數(shù)值模擬中徑向邊緣位置熱應(yīng)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(yīng)力和位錯密度在變化趨勢上不一致的前提下,晶片中熱應(yīng)力超過GaAs臨界分切應(yīng)力0.7MPa[44]的位置,均有位錯的存在,且位錯腐蝕檢測實(shí)驗(yàn)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(yīng)力分布趨勢趨勢較為一致,采用CGSim對VGF法GaAs單晶生長進(jìn)行數(shù)值模擬具有較好的準(zhǔn)確性。(6)隨著生長的進(jìn)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(jié)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(xué)位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O78

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本文編號：2520067