为了消除多晶材料中各小晶体之间的晶粒间界对半导体材料特性参量的巨大影响,半导
体器件的基体材料一般采用单晶体。单晶制备一般可分大体积单晶 (即体单晶)制备和薄膜
单晶的制备。体单晶的产量高,利用率高,比较经济。但很多的器件结构要求厚度为微米量
级的薄层单晶。由于制备薄层单晶所需的温度较低,往往可以得到质量较好的单晶。具体的
制备方法如下。
① 从熔体中拉制单晶:用与熔体相同材料的小单晶体作为籽晶,当籽晶与熔体接触并
向上提拉时,熔体依靠表面张力也被拉出液面,同时结晶出与籽晶具有相同晶体取向的单
晶体。
② 区域熔炼法制备单晶:用一籽晶与半导体锭条在头部熔接,随着熔区的移动则结晶
部分即成单晶。
③ 从溶液中再结晶。
④ 从气相中生长单晶。
前两种方法用来生长 体 单 晶,用 提 拉 法 已 经 能 制 备 直 径 为200mm,长 度 为1~2m 的
锗、硅单晶体。后两种方法主要用来生长薄层单晶。这种薄层单晶的生长一般称外延生长,
薄层材料就生长在另一单晶材料上。这另一单晶材料称为衬底,一方面作为薄层材料的附着
体,另一方面即为单晶生长所需的籽晶。衬底与外延层可以是同一种材料 (同质外延),也
可以是不同材料 (异质外延)。采用从溶液中再结晶原理的外延生长方法称液相外延;采用
从汽相中生长单晶原理的称汽相外延。液相外延就是将所需的外延层材料 (作为溶质,例如
GaAs),溶于某一溶剂 (例如液态镓)成饱和溶液,然后将衬底浸入此溶液,逐渐降低其温
度,溶质从过饱和溶液中不断析出,在衬底表面结晶出单晶薄层。汽相外延生长可以用包含
所需材料为组分的某些化合物气体或蒸气通过分解或还原等化学反应淀积于衬底上,也可以
用所需材料为源材料,然后通过真空蒸发、溅射等物理过程使源材料变为气态,再在衬底上