最近几年国内外的研究表明,通过在一定气氛下高温退火处理低阻非掺杂InP晶片所获得的半绝缘衬底可以克服上述问题。在InP晶体中,半绝缘的形成机理大致可概括为两个方面:一是通过掺入深受主(元素)补偿浅施主来实现半绝缘态,原生掺铁的半绝缘磷化铟就属于这种情况;另一种是通过新缺陷的形成使浅施主的浓度降低,同时驻留的深受主(元素)也发生补偿,非掺杂半绝缘磷化铟就属于这一类,这种新缺陷可以在高温退火以及辐照等过程中形成。根据这个思路,中科院半导体所的有关科研人员采取了三个步骤来制备非掺杂半绝缘磷化铟衬底:首先用液封直拉法拉制高纯低阻非掺杂磷化铟单晶(表面为低阻),然后将其切割成一定厚度的晶片并封装在石英管内,最后在合适的气氛条件下进行高温退火处理。研究人员分别在纯磷气氛和磷化铁气氛下进行了数十次退火比较实验。经过对比测试和分析发现,在磷化铁气氛下退火制备的半绝缘磷化铟晶片不仅缺陷少,而且具有良好的均匀性。
为了进一步研究这种退火衬底对相邻外延层的实际影响,研究人员使用分子柬外延技术分别在原生掺铁的和磷化铁气氛退火制备的半绝缘磷化铟衬底上生长了相同的InAlAs外延层。测试结果表明后者更有利于生长具有良好结晶质量的外延层。此外对这两种衬底分别注入同样剂量的Si 离子和快速退火后,霍尔测试结果证实,后者可以较大幅度提高注入离子的激活效率。
磷化铟晶片常用于制造高频、高速、大功率微波器件和电路以及卫星和外层空间用的太阳能电池等。在当前迅速发展的光纤通信领域,它是首选的衬底材料。另外InP基器件在IC和开关运用方面也具有优势。这种新型半绝缘磷化铟晶片的研制成功,将在国防和高速通信领域发挥重要作用。中国电子科技集团第十三研究所使用这种新型半绝缘磷化铟纯磷衬底成功制作了工作频率达100GHz的高电子迁移率晶体管。