涂凡
,
苏小平
,
张峰燚
,
黎建明
,
丁国强
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2011.04.024
在VGF法生长6英寸GaAs单晶的实际生长过程中,坩埚与坩埚托之间难以实现完全的理想贴合.坩埚与埚托之间的空隙对晶体生长过程中的温场和固液界面形状影响较大.通过模拟计算5种不同的空隙形状时的温场与热应力分布,发现随着空隙面积的增大,固液界面在轴向上的位置逐渐下降.在锥形空隙情况下,得到一个平坦的固液界面.设计了两种不同的空隙填充方案,模拟计算的结果表明,液态Ga完全填充时,在晶体轴向上热应力的分布较为平缓,有利于生长低位错、高质量的GaAs单晶.
关键词:
垂直梯度凝固
,
数值模拟
,
空隙
,
固液界面
,
热应力分布
丁国强
,
苏小平
,
张峰燚
,
黎建明
,
冯德伸
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2011.02.016
VGF技术生长单晶时温度梯度较低,生长速率较小.目前已成为生长大直径、低位错密度晶体的主流技术之一.采用数值模拟研究了VGF法6英寸低位错Ge单晶的生长,结果表明在采用自主研发的VGF炉生长6英寸Ge单晶时,晶体生长过程中晶体与熔体中均具有较低的温度梯度(这里的温度梯度是指的界面附近的温度梯度),尤其当晶体生长进入等径生长阶段后,晶体中的轴向温度梯度在2-3K·cm-1之间,熔体中的轴向温度梯度0.8-1.0 K·cm-1之间;晶体中的热应力除边缘外均在(2-9)x10~4 Pa之间,低于Ge单晶的临剪切应力,且晶体生长界面较平整;坩埚与坩埚托之间的间隙对于晶体生长中的"边界效应"影响显著,将8mm间隙减小至2 mm后,埚壁外侧的径向热流增加,使得晶体边缘的最大热应力减小至0.21 MPa和Ge单晶的临剪切应力相当,实现了热场的优化.
关键词:
锗单晶
,
垂直梯度凝固
,
数值模拟
丁国强
,
屠海令
,
苏小平
,
张峰燚
,
涂凡
,
王思爱
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2011.01.009
晶体的生长速率关系着晶体质量和生产效率,保证晶体质量的同时,实现较高的生产效率是晶体生长速率优化的主要目标.VGF技术生长晶体时,晶体的生长速率主要取决于控温点的温度及降温速率.在保持加热器控温点不变的情况下,利用数值模拟方法研究了0.9,1.8,3.6mm·h-13个速率下6英寸VGF GaAs单晶的生长,通过对比不同生长速率下温度梯度(均为界面附近晶体中的温度梯度)和固-液界面形状的变化及热应力的分布,得出以下结果:随着晶体生长速率的增加,轴向温度梯度增大的同时,沿径向增加也较快;但由于受氮化硼坩埚轴向较大热导率的影响,晶体边缘轴向温度梯度迅速减小;径向温度梯度在晶体半径70 mm处受埚壁的影响均变为负值,晶体中大量的热沿埚壁流失,导致生长边角上翘;生长速率的增加使得界面形状由凸变平转凹,"边界效应"逐渐增强,坩埚与固-液界面的夹角逐渐减小,孪晶和多晶产生的几率增加;通过对比,1.8 mm·h-1生长时晶体界面平坦、中心及边缘处热应力均较小、生长速率较大,确定为此时刻优化的生长速率.
关键词:
砷化镓
,
生长速率
,
数值模拟
,
垂直梯度凝固
涂凡
,
苏小平
,
张峰燚
,
黎建明
,
丁国强
,
王思爱
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2011.03.013
采用专业晶体生长数值模拟软件CrysMas,模拟了垂直梯度凝固法(VGF)生长4英寸GaAs单晶过程中的固液界面形状,发现晶体在生长过程中固液界面形状经历了由凹到凸的变化.数值模拟结果表明熔体中和晶体中的轴向温度梯度之比小于0.4时,固液界面为凸向熔体,与理论推导结果一致.模拟了晶体生长过程中固液界面附近的晶体中的热应力值,发现固液界面为平界面时晶体中的热应力具有最小值.推导计算了VGF GaAs单晶生长过程中固液界面凹(凸)度的临界值,当固液界面凹(凸)度小于该值时,晶体中的热应力低于临界剪切应力.
关键词:
数值模拟
,
垂直梯度凝固技术
,
GaAs
,
固液界面
,
热应力
涂凡
,
苏小平
,
屠海令
,
张峰燚
,
丁国强
,
王思爱
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2010.02.014
采用数值模拟技术和Rnman光谱法对4 inch垂直梯度凝固(VGF)法GaAs单晶位错进行了研究.运用数值模拟软件计算了GaAs晶体生长过程中的位错分布,模拟计算与实验结果一致.通过Raman光谱测量,定量计算了晶片表面的残余应力分布.Raman测量结果表明,残余应力与位错密度分布基本一致.在VGF法生长的GaAs单晶中观察到了不完整的位错胞状结构,并利用Raman光谱法对其进行了微区分析.
关键词:
数值模拟
,
GaAs
,
位错密度
,
残余应力
,
Raman光谱法
,
位错胞状结构
王思爱
,
苏小平
,
张峰燚
,
丁国强
,
涂凡
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2011.04.010
坩埚锥角是诱发VGF法GaAs单晶出现孪晶与多晶的重要因素之一,应用数值模拟的方法对其进行了研究与探讨,研究发现,在晶体生长的放肩阶段,坩埚锥角为60°,90°,120° 3种情况下,晶体生长的固液界面均凹向熔体,随坩埚锥角α的增大,接触角θ变小,非均匀形核几率增加,易诱发孪晶和多晶.根据热量传输分析,在晶体生长的转肩阶段,随坩埚锥角α的增大,沿轴向传走的热量减小,径向传走的热量增加,增大了径向的温度梯度,造成凹的生长界面,导致三相点处过冷度的增加,也增大了孪晶及多晶产生的几率.而在等径生长部分由于远离了坩埚直径增加的区域,坩埚锥角对成晶率的影响较小.考虑到晶体生长的效率,为获得较长的等径部分,需要设计合适的坩埚锥角.选取了90°的坩埚锥角,模拟及实验均证实这一角度即能有效提高单晶成晶率,又能保证一定的晶体生长效率,并生长出直径4英寸的VGF GaAs单晶.
关键词:
坩埚锥角
,
GaAs单晶
,
数字模拟
