紅外LED用GaAs單晶的垂直梯度凝固制備研究

路淑娟，陳蓓曦，張 路，曹 波，張?jiān)撇R志永，齊興旺，于洪國(guó)

(1.有研國(guó)晶輝新材料有限公司，廊坊 065001;2.西北工業(yè)大學(xué)倫敦瑪麗女王大學(xué)工程學(xué)院，西安 710000)

0 引 言

砷化鎵(GaAs)屬Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體，是用途最廣泛的第二代化合物半導(dǎo)體材料之一。與元素半導(dǎo)體Ge和Si相比，GaAs具有電子遷移率高、禁帶寬度大、電子有效質(zhì)量小、能帶結(jié)構(gòu)特殊等重要特性，是一種性能優(yōu)異的電子信息功能材料，主要應(yīng)用于微電子和光電子領(lǐng)域。在微電子領(lǐng)域使用的半絕緣砷化鎵，主要通過垂直梯度凝固(vertical gradient freeze， VGF)法、垂直布里奇曼(vertical Bridgman， VB)法和液封直拉(liquid encapsulated Czochralski， LEC)法進(jìn)行單晶生長(zhǎng)，單晶尺寸以φ4英寸(1英寸=2.54 cm)和φ6英寸為主，主要制成射頻(RF)功率器件。在光電子領(lǐng)域，單晶尺寸以φ2、φ2.5、φ3和φ4英寸為主，主要用于制成LED。全球最領(lǐng)先的三家GaAs襯底制造商為日本SEI、德國(guó)Freiberger和美國(guó)AXT。

利用紅外LED砷化鎵襯底所生產(chǎn)的高端紅外LED主要應(yīng)用于汽車、醫(yī)療、智能手機(jī)、AR/VR、安防等領(lǐng)域。隨著智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備和安防設(shè)備的迅速發(fā)展，對(duì)紅外LED需求大增，市場(chǎng)前景持續(xù)看好[1-2]。紅外LED用砷化鎵單晶國(guó)外生產(chǎn)廠商為韓國(guó)ProwTech和日本住友電工，生長(zhǎng)方法為VGF法。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠商為有研國(guó)晶輝新材料有限公司(簡(jiǎn)稱“有研國(guó)晶輝”)，生長(zhǎng)方法為水平布里奇曼法(horizontal Bridgman， HB)和VGF法。隨著對(duì)紅外LED集成度提高和成本降低的需求，紅外LED用砷化鎵單晶總的發(fā)展趨勢(shì)是大直徑和長(zhǎng)尺寸化[3]。韓國(guó)ProwTech生產(chǎn)的紅外LED用砷化鎵單晶主要以φ2.5英寸為主，尺寸較小，遷移率低于3 000 cm2/(V·s)，利用率較低。日本住友電工和中國(guó)有研國(guó)晶輝生產(chǎn)的紅外LED用砷化鎵單晶主要以φ3英寸為主，尺寸較大，在遷移率等常規(guī)電學(xué)指標(biāo)上水平相當(dāng)。

VGF法是生長(zhǎng)大直徑紅外LED用襯底材料的理想方法?；竟に囘^程為：將合成好的砷化鎵多晶、B2O3以及籽晶裝入PBN坩堝并密封于抽真空的石英瓶中，石英瓶用支撐系統(tǒng)支撐，垂直放入如圖1所示的生長(zhǎng)爐中。采用電阻絲加熱砷化鎵多晶直至熔化，并與籽晶熔接，由計(jì)算機(jī)精確控制熱場(chǎng)緩慢降溫，生長(zhǎng)界面由熔體下端逐漸向上移動(dòng)，完成晶體生長(zhǎng)。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡(jiǎn)單，通過控制適當(dāng)?shù)臏囟忍荻?，能夠調(diào)控?fù)]發(fā)性組分的蒸汽壓，從而生長(zhǎng)出位錯(cuò)密度較低的晶體，因而可用于大直徑、低位錯(cuò)單晶的生長(zhǎng)。其缺點(diǎn)為無法實(shí)時(shí)觀察晶體的生長(zhǎng)狀況。熱場(chǎng)梯度是VGF法生長(zhǎng)單晶的關(guān)鍵，需由各加熱區(qū)互相配合。生長(zhǎng)高完整性GaAs單晶需要較小的溫度梯度，但溫度梯度過小又會(huì)導(dǎo)致單晶生長(zhǎng)過程中孿晶的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響晶體的完整性。另外，紅外LED砷化鎵襯底的載流子遷移率要求較高，一般在3×103cm2/(V·s)以上。而LED用砷化鎵襯底為輕摻單晶，微弱的雜質(zhì)將對(duì)遷移率造成影響，因此生長(zhǎng)過程中的雜質(zhì)控制是獲得高質(zhì)量單晶的重要一環(huán)。

圖1 VGF爐構(gòu)造

VGF法GaAs晶體生長(zhǎng)過程中，雜質(zhì)源于以下幾方面：1)GaAs多晶合成時(shí)一般采用氮化硼合成舟，脫模后內(nèi)表面有大量的雜質(zhì)夾雜，采用傳統(tǒng)酸腐蝕液很難腐蝕干凈，而頻繁更換合成舟又大幅增加了生產(chǎn)成本；2)VGF晶體生長(zhǎng)過程中，爐體保溫材料中的雜質(zhì)(如B、S、Cu、Al、Fe等)會(huì)穿過石英爐膛進(jìn)入石英瓶?jī)?nèi)，對(duì)單晶造成沾污[4-5]，從而對(duì)單晶的電阻率、遷移率和晶體缺陷的均勻性造成嚴(yán)重影響。此外，VGF生長(zhǎng)法屬于全熔區(qū)拉晶，會(huì)出現(xiàn)軸向載流子濃度頭部低尾部高的分布不均勻現(xiàn)象。本文針對(duì)以上問題，對(duì)砷化鎵多晶合成舟及處理方式、VGF單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)及恒溫區(qū)長(zhǎng)度、爐膛保溫材料、拉晶工藝參數(shù)開展研究，以獲得合適的單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)，拉制生長(zhǎng)出外形完整、載流子遷移率高、質(zhì)量好且利用率高的摻硅砷化鎵單晶，滿足紅外LED使用要求。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及制備方法

GaAs多晶合成使用的原料為As(純度99.999 9%，廣東先導(dǎo)稀材股份有限公司)、Ga(純度99.999 9%，南京金美鎵業(yè)有限公司)。將原料As與Ga按化學(xué)計(jì)量比1∶1備好，分別裝進(jìn)石英管和鎵合成舟中，并在石英管中加入相應(yīng)量的余砷。石英管、合成舟在使用前經(jīng)過v(氫氟酸)∶v(去離子水)=1∶10的溶液腐蝕后用去離子水清洗，并用甲醇脫水干燥，確保石英管、合成舟無水分和其他雜質(zhì)。將小石英泡、裝好料的鎵合成舟、大石英泡順次放入石英管內(nèi)，并進(jìn)行抽真空脫氧。當(dāng)真空度≤1.3×10-3Pa時(shí)，將鎵端溫度升至700～750 ℃、砷端溫度升至250～280 ℃進(jìn)行脫氧，恒溫3 h降溫。溫度降至150 ℃以下時(shí)用焊槍封管，圖2為封好的合成管。將封好的帶料石英管置于水平定向凝固合成爐內(nèi)，圖3為合成爐示意圖，將鎵端溫度升至1 240～1 260 ℃、砷端溫度升至610～620 ℃進(jìn)行合成。恒溫2 h，保證充分合成后，以50 ℃/h的速率將鎵端溫度降至700 ℃，然后斷電降溫至室溫。本研究中，為了避免氮化硼合成舟中B等雜質(zhì)的影響，采用了本底純度較高的石英舟代替氮化硼舟進(jìn)行砷化鎵合成。

圖2 合成管

圖3 合成爐示意圖

晶體生長(zhǎng)使用的原料為上述合成的GaAs多晶，純度可達(dá)99.999 9%。將多晶料切成8～15 cm的塊狀，用去離子水擦洗干凈，放入v(濃鹽酸)∶v(濃硝酸)=3∶1的溶液中腐蝕至表面光亮無污。用去離子水沖洗，并用甲醇脫水干燥。將準(zhǔn)備好的原料裝入氮化硼坩堝中，并按比例放入氧化硼，摻入硅雜質(zhì)。氮化硼坩堝在使用前經(jīng)過v(氫氟酸)∶v(去離子水)=1∶10、v(氨水)∶v(雙氧水)∶v(去離子水)=2∶1∶1的溶液腐蝕后用去離子水清洗，用甲醇脫水干燥。并將氮化硼坩堝在氧氣氣流1 L/min、溫度1 060～1 080 ℃的條件下，進(jìn)行坩堝氧化4 h后降溫。將裝有料的坩堝放入石英管內(nèi)，并進(jìn)行抽真空脫氧。當(dāng)真空度≤1.0×10-4Pa時(shí)，將溫度升至200 ℃，恒溫2 h降溫。溫度降至100 ℃以下時(shí)用焊槍封管。將封好的帶料石英管置于圖1所示的VGF生長(zhǎng)爐內(nèi)，化料溫度范圍為1 232～1 258 ℃，引晶溫度范圍為1 218～1 255 ℃，穩(wěn)定啟動(dòng)單晶生長(zhǎng)程序，各溫區(qū)逐步慢速降溫，實(shí)現(xiàn)單晶定向凝固生長(zhǎng)。完成生長(zhǎng)后降溫、出爐。本研究中，采用VGF法生長(zhǎng)紅外LED用摻硅GaAs單晶，一般外徑為3英寸，晶體生長(zhǎng)方向?yàn)?100>，摻雜元素Si，導(dǎo)電型號(hào)N型。目的是生長(zhǎng)出無硼雜質(zhì)沾污、高遷移率、縱向載流子濃度分布均勻、低位錯(cuò)密度、高單晶利用率的摻硅GaAs單晶。

1.2 性能測(cè)試

1.2.1 載流子濃度和遷移率

從GaAs單晶的頭、中、尾分別取尺寸為10 mm×10 mm×0.6 mm的樣品，使用霍爾測(cè)試儀，采用范德堡法霍爾效應(yīng)測(cè)試晶體的載流子濃度及遷移率。使用的磁感應(yīng)強(qiáng)度為4 788 Gs，電流強(qiáng)度為5～15 mA。

1.2.2 輝光放電質(zhì)譜測(cè)試

在GaAs單晶尾部取一塊20 mm×20 mm×2 mm的樣品，采用美國(guó)Evans Analytical Group公司生產(chǎn)的Element GD Plus儀器，利用輝光放電源作為離子源與高分辨質(zhì)譜儀連接，對(duì)晶體進(jìn)行輝光放電質(zhì)譜(GDMS)測(cè)試，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.2.3 襯底的位錯(cuò)密度測(cè)試

在GaAs單晶的頭、尾部，垂直于砷化鎵單晶生長(zhǎng)方向切取厚度不小于0.5 mm的測(cè)試片，采用化學(xué)試劑對(duì)測(cè)試片進(jìn)行腐蝕，用日本奧林巴斯生產(chǎn)的GX51金相顯微鏡對(duì)測(cè)試片進(jìn)行晶體缺陷密度測(cè)試，用于分析單晶缺陷數(shù)量，測(cè)試視野范圍1 mm2。

2 結(jié)果與討論

2.1 小溫度梯度熱場(chǎng)的設(shè)計(jì)

在VGF單晶熱場(chǎng)系統(tǒng)中，一部分結(jié)晶潛熱需要通過單晶釋放出去。適當(dāng)?shù)臏囟忍荻瓤梢员ＷC固液界面平穩(wěn)，降低缺陷密度。表1列出Si、GaP和GaAs三種晶體的物性參數(shù)，從中可見，砷化鎵的熱導(dǎo)率相對(duì)較小，為0.55 W/(cm·K)，因此單晶中心區(qū)域的熱量很難在短時(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)到表面，造成單晶中心區(qū)域和表面區(qū)域溫差大，單晶內(nèi)部產(chǎn)生較大熱應(yīng)力。砷化鎵單晶在熔點(diǎn)附近產(chǎn)生位錯(cuò)的臨界應(yīng)力為0.4 MPa[6-7]，當(dāng)熱應(yīng)力大于單晶產(chǎn)生位錯(cuò)的臨界應(yīng)力時(shí)，將導(dǎo)致位錯(cuò)產(chǎn)生。一旦有新位錯(cuò)產(chǎn)生，則很容易繁殖和延伸，使位錯(cuò)數(shù)量急劇增加。

表1 各種材料的物理特性

一般VGF單晶爐內(nèi)有六到七組加熱區(qū)。在拉制紅外LED砷化鎵單晶時(shí)，需要優(yōu)化各加熱區(qū)溫場(chǎng)分布。為維持固液界面平穩(wěn)，降低缺陷密度，VGF生長(zhǎng)系統(tǒng)的溫度梯度應(yīng)較小，因而單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的恒溫區(qū)長(zhǎng)度越長(zhǎng)越好。

本文利用CGSim軟件對(duì)六段加熱區(qū)模型進(jìn)行不同溫區(qū)長(zhǎng)度比例的對(duì)比模擬。CGSim軟件是由STR集團(tuán)開發(fā)的晶體生長(zhǎng)軟件，它可以針對(duì)包括熱傳輸、熱對(duì)流、固液界面形狀、熱應(yīng)力、位錯(cuò)、晶體缺陷等在內(nèi)的晶體生長(zhǎng)問題進(jìn)行數(shù)值分析[8]。為使模擬過程中實(shí)驗(yàn)參數(shù)不失真，在建立模型時(shí)進(jìn)行如下假設(shè)：生長(zhǎng)系統(tǒng)為軸對(duì)稱分布，晶體軸向中心線為對(duì)稱軸，單晶石英瓶?jī)?nèi)的氣體視為理想氣體，生長(zhǎng)系統(tǒng)中所用材料的物理性質(zhì)均為恒定值，單晶生長(zhǎng)速度為1 mm/h左右，速度緩慢，生長(zhǎng)過程可視為準(zhǔn)靜態(tài)過程，固液界面保持在GaAs熔點(diǎn)1 238 ℃處。設(shè)置邊界條件及參數(shù)，運(yùn)算結(jié)果如圖4所示，數(shù)值模擬時(shí)所采用的相關(guān)物理參數(shù)如表2所示。最終獲得了不同溫區(qū)長(zhǎng)度比例對(duì)應(yīng)的不同恒溫區(qū)長(zhǎng)度對(duì)比，如表3所示。

圖4 模擬結(jié)果的輸出

表2 模擬中用到的GaAs主要物理特性[9-11]

表3 CGSim軟件模擬的不同恒溫區(qū)長(zhǎng)度對(duì)比

從表3中可以看出,設(shè)計(jì)溫區(qū)一至溫區(qū)六長(zhǎng)度比例為8∶12∶9∶5∶5∶7時(shí)，恒溫區(qū)長(zhǎng)度最長(zhǎng)，可達(dá)到20 cm。根據(jù)爐體總長(zhǎng)度，本團(tuán)隊(duì)制作了三套熱場(chǎng)進(jìn)行熱偶測(cè)溫驗(yàn)證。三套熱場(chǎng)溫區(qū)一至溫區(qū)六長(zhǎng)度比例分別為12∶12∶9∶5∶5∶5、5∶12∶9∶5∶5∶12、8∶12∶9∶5∶5∶7。測(cè)溫?zé)崤紡臏貐^(qū)二下沿測(cè)至溫區(qū)四上沿，從而得到單晶生長(zhǎng)階段的溫度梯度及恒溫區(qū)長(zhǎng)度。測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 不同溫區(qū)長(zhǎng)度熱場(chǎng)測(cè)溫結(jié)果

從表4中可以得知，溫區(qū)一至溫區(qū)六長(zhǎng)度比例為8∶12∶9∶5∶5∶7時(shí)，實(shí)測(cè)溫度梯度0.6 ℃/cm，恒溫區(qū)長(zhǎng)度最長(zhǎng)為22 cm，與模擬結(jié)果相符。

根據(jù)實(shí)際爐體長(zhǎng)度，最終確定熱場(chǎng)中溫區(qū)一長(zhǎng)149.6 mm、溫區(qū)二長(zhǎng)224.4 mm、溫區(qū)三長(zhǎng)168.3 mm、溫區(qū)四長(zhǎng)93.5 mm、溫區(qū)五長(zhǎng)93.5 mm、溫區(qū)六長(zhǎng)130.9 mm。每段溫區(qū)中間位置安置加熱熱偶，用于各溫區(qū)熱場(chǎng)溫度監(jiān)控及目標(biāo)設(shè)定。熱場(chǎng)最大加熱功率為15 kW，最高加熱溫度可達(dá)1 350 ℃?？刂葡到y(tǒng)由英國(guó)歐陸T2550溫控器系統(tǒng)及控制計(jì)算機(jī)構(gòu)成，控溫精度為±0.1 ℃(高溫區(qū)恒溫)。整套六段溫區(qū)電阻絲置于填充有保溫陶瓷纖維棉材料的爐體內(nèi)，單晶爐系統(tǒng)如圖5 所示。

圖5 3英寸紅外LED砷化鎵單晶爐系統(tǒng)

用以上系統(tǒng)拉制3英寸紅外LED砷化鎵單晶，共拉制21爐次，成晶18爐次，成晶率達(dá)到85%，位錯(cuò)達(dá)到1 000 cm-2以下。

2.2 載流子遷移率的影響因素分析

2.2.1 合成舟表面處理對(duì)遷移率的影響

通過對(duì)石英舟內(nèi)表面打毛處理，使砷化鎵合成時(shí)浮于石英舟表面，解決了石英與晶體的浸潤(rùn)現(xiàn)象，避免晶體粘舟，避免了合成時(shí)的雜質(zhì)引入。如圖6所示，給出了石英合成舟光面、打毛處理后合成料情況對(duì)比。另外與石英管廠家合作，通過石英砂純化和改變石英管拉制速度，提高了石英的強(qiáng)度，避免了石英舟在高溫下變形情況出現(xiàn)[12]。用此工藝處理的合成舟所合成的紅外LED用砷化鎵多晶原料的各雜質(zhì)離子GDMS測(cè)試結(jié)果如表5所示。產(chǎn)品可用于拉制紅外LED單晶。

圖6 3英寸紅外LED砷化鎵合成

表5 紅外LED砷化鎵多晶原料GDMS測(cè)試結(jié)果

2.2.2 爐膛材質(zhì)對(duì)遷移率的影響

拉晶過程中，石英爐膛在高溫狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)析晶態(tài)。這時(shí)會(huì)使一些有害雜質(zhì)“透明”，爐體保溫材料中S、Cu、Al、Fe等雜質(zhì)會(huì)穿過石英爐膛進(jìn)入石英瓶?jī)?nèi)[13-14]。對(duì)單晶造成沾污，遷移率很難提升。本文研究了莫來石的主要性質(zhì)，其主要化學(xué)組成為 Al2O3和SiO2。其物相為莫來石相，表面莫來石柱狀結(jié)晶交織排布，內(nèi)部含有大量氣孔，堆積密度為1.60 g·cm-3，體積密度為1.75 g·cm-3，顯氣孔率為38%[15]，閉氣孔率為41%，耐火度大于1 790 ℃，800 ℃下熱導(dǎo)率為 0.25 W·m-1·K-1，熱震5次后莫來石球形保持率大于95%。其內(nèi)部大量的氣孔在高溫時(shí)可有效阻隔爐體保溫材料中雜質(zhì)貫穿，提高單晶遷移率。本研究中采用了石英舟進(jìn)行砷化鎵多晶原料合成，使用新工藝腐蝕氮化硼坩堝，并在莫來石爐膛中進(jìn)行了晶體生長(zhǎng)。表6列出了在莫來石爐膛拉制的砷化鎵單晶樣品的GDMS測(cè)試結(jié)果。Cu、Fe 等深能級(jí)或有害雜質(zhì)含量均小于 4×10-9，硼的含量小于 0.7×10-9。說明晶體生長(zhǎng)過程中單晶未受到有害雜質(zhì)，尤其硼的污染。

表6 紅外LED砷化鎵單晶樣品GDMS測(cè)試結(jié)果

本文對(duì)比了石英爐膛及莫來石爐膛對(duì)單晶遷移率的影響，表7列出了6爐對(duì)比數(shù)據(jù)。

表7 石英爐膛和莫來石爐膛拉晶單晶遷移率對(duì)比結(jié)果

從采用莫來石爐膛拉制的GaAs單晶的頭部、中部、尾部分別取尺寸為10 mm×10 mm×0.6 mm的樣品，采用范德堡法霍爾效應(yīng)測(cè)試載流子濃度及遷移率。遷移率結(jié)果平均提高33%。遷移率均整體高于3 000 cm2/(V·s)，滿足紅外LED使用要求。

2.3 軸向載流子分布的影響分析

紅外LED砷化鎵單晶中摻雜元素Si在GaAs單晶中為施主雜質(zhì)。由于Si在砷化鎵中的有效分凝系數(shù)為0.14，晶體結(jié)晶時(shí)Si在熔體中的濃度比固體中的高，單晶頭部、尾部的Si分布不均。全熔區(qū)拉晶軸向載流子濃度的分布如圖7所示，會(huì)出現(xiàn)軸向載流子濃度頭低尾高分布不均勻的現(xiàn)象[16]。而且單晶尾部的載流子濃度很高，遷移率就會(huì)降到很低，無法滿足客戶的使用需求。

圖7 全熔區(qū)單晶軸向載流子濃度理論分布曲線

全熔區(qū)拉晶，雜質(zhì)濃度在軸向以指數(shù)形分布，分布公式如(1) 所示：

(1)

式中：Cs為晶體中的雜質(zhì)濃度；C0為熔體中原始摻入雜質(zhì)的濃度；K為分凝系數(shù)；x為晶體生長(zhǎng)長(zhǎng)度位置；L為單晶總長(zhǎng)度[17]。

通過研究砷化鎵生長(zhǎng)速度對(duì)溶質(zhì)分布的影響，計(jì)算出隨著晶體生長(zhǎng)速度的增加，有效分凝系數(shù)逐漸增加[18]。較低生長(zhǎng)速度有利于改善電學(xué)參數(shù)均勻性。所以本研究中采用提高頭部生長(zhǎng)速度、降低尾部生長(zhǎng)速度的方式提高單晶軸向載流子濃度均勻性，降低尾部載流子濃度，提高單晶尾部遷移率。在不降低生產(chǎn)效率的同時(shí)，提高單晶利用率。將現(xiàn)有工藝生長(zhǎng)速度1 mm/h改為頭部生長(zhǎng)速度1.3 mm/h，采取線性降低方式，尾部生長(zhǎng)速度降到0.7 mm/h。載流子濃度分布曲線相對(duì)于1 mm/h生長(zhǎng)速度的分布曲線變平緩，如圖8所示，給出了等徑生長(zhǎng)速度1 mm/h和等徑頭部生長(zhǎng)速度1.3 mm/h，尾部生長(zhǎng)速度0.7 mm/h生長(zhǎng)速度的載流子分布曲線對(duì)比。降低生長(zhǎng)速度拉晶使頭尾部載流子濃度差降低33%。尾部遷移率從2 900 cm2/(V·s)提高到3 560 cm2/(V·s)，單晶有效利用長(zhǎng)度從120 mm增加至180 mm。如圖9所示，單晶成晶率達(dá)到85%，利用率達(dá)到75%，大幅降低了原料損耗成本。

圖8 不同生長(zhǎng)速度軸向載流子濃度分布曲線

圖9 3英寸紅外LED用VGF砷化鎵單晶

3 結(jié) 論

1)利用CGSim軟件對(duì)紅外LED砷化鎵單晶VGF生長(zhǎng)熱場(chǎng)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬研究，溫區(qū)一至溫區(qū)六長(zhǎng)度比例為8∶12∶9∶5∶5∶7時(shí)，恒溫區(qū)長(zhǎng)度最長(zhǎng)達(dá)到20 cm，位錯(cuò)密度達(dá)到1 000 cm-2以下，成晶率達(dá)到85%。

2)研究了合成舟、加熱爐膛對(duì)紅外LED砷化鎵單晶遷移率的影響。結(jié)果表明，采用打毛的石英舟進(jìn)行砷化鎵合成時(shí)，采用莫來石爐膛代替石英爐膛，可以獲得遷移率整體高于3 000 cm2/(V·s)的高質(zhì)量砷化鎵單晶，可以滿足紅外LED使用要求。

3)通過研究VGF法晶體生長(zhǎng)工藝參數(shù)，采用提高頭部生長(zhǎng)速度，降低尾部生長(zhǎng)速度的方式提高單晶軸向載流子濃度均勻性，頭尾部載流子濃度差降低33%。尾部遷移率從2 900 cm2/(V·s)提高到3 560 cm2/(V·s)，單晶有效利用長(zhǎng)度提高33%。單晶利用率達(dá)到75%，可大幅降低原料損耗成本。