中文摘要：

化学配比和热历史是影响半导体单晶中缺陷和电学特性的重要因素。化学配比和退火对缺陷的控制已被成功运用于液封直拉半绝缘砷化镓单晶的制备和均匀性的改善。磷化铟是继硅和砷化镓之后最具战略性的半导体材料之一。由于InP熔体化学配比不易控制，特别是富磷条件单晶生长较难实现，对原生非掺杂液封直拉InP单晶中缺陷与化学配比的关系及化学配比对退火过程中缺陷变化的影响了解还很少。本项目利用我们发明的磷注入合成工艺实现不同熔体配比条件下拉晶，系统研究不同熔体配比InP晶体中缺陷特性、形成机理、缺陷和杂质的相互作用及其对晶体特性的影响。对制备的InP晶体进行不同条件的退火，研究化学配比对退火过程中晶体缺陷变化和电学性能变化的影响，深入分析控制缺陷和杂质产生及其相互作用的因素、退火后晶体出现半绝缘特性的机理，得到缺陷、杂质的产生与控制等有重要意义的结果，为制备高质量半绝缘InP单晶提供理论依据和工艺指导。

结论摘要：

磷化铟（InP）是目前光电器件和微电子器件不可替代的半导体材料。相对于其它常用化合物半导体，InP的层错能非常小，因此在晶体生长过程中更容易形成孪晶。另外，在InP熔点温度处磷（P）的离解压很高，使得InP多晶的合成和化学配比的控制困难，迄今3-4英寸大直径、低位错、无孪晶、整体均匀性良好的InP单晶的制备较难实现，并且由于工艺条件的限制，有关化学配比对InP晶体制备及其特性的影响缺乏深入系统的研究。本课题利用自主发明的磷注入合成工艺实现不同熔体配比条件下拉晶，系统研究了配比相关的 InP 晶体的特性。课题执行顺利，所做研究工作及取得的科研成果概括如下（1）在磷注入合成工艺中，研制出了多管石英磷泡，解决了原有技术中合成时间长、熔体配比不均以及杂质污染等问题，实现了不同化学配比InP熔体的快速高效高纯度合成，且更容易进行InP单晶生长。（2）分别在富铟、近配比、富磷熔体配比条件下拉制出了InP晶体，特别是富磷熔体条件下的拉晶对工艺的要求非常苛刻，我们通过对热场的优化及晶体形状的控制，获得了结晶完好，低位错密度无孔洞的富磷单晶样品。（3）通过从放肩角、晶体形状的控制、热场条件及固液界面形状等几方面开展了LEC-InP晶体生长中孪晶现象的研究，获得了孪晶抑制的方法。首次在国际上提出生长放肩角超过75°甚至接近90°仍可以生长无孪晶InP晶体。（4）研究了热场分布及固液界面的形状对InP晶体均匀性、完整性的影响，研究发现封闭式热场结构有利于调节晶体生长时的固液界面，而在拉晶过程中的放肩及放肩后的等径生长阶段，微凸向熔体的固液界面可明显改善材料的结晶质量及杂质分布的均匀性。（5）研究了富磷条件对材料结构、缺陷、均匀性以及缺陷对杂质Fe分布的影响，得到了一些有意义的结果，为进一步研究制备高质量低 Fe含量半绝缘 InP单晶打下基础。（6）研究了富P的存在形式，提出了富P相关的贯穿和非贯穿孔洞对应力和位错的影响及其机理模型。在课题执行期间，在国内外期刊及学术会议上总共发表学术会议论文14篇，其中 EI 收录 5 篇，核心期刊5 篇，全国性学术会议论文2篇，另有 2 篇论文（EI）已接收。申请发明专利 1 项。培养研究生6名，其中博士生1名，硕士生5名，有3篇学位论文被评为“校优秀学位论文”。