[实用新型]一种用于等温气相外延工艺的晶体生长容器

说明书

技术领域

本专利涉及一种晶体生长容器，具体涉及一种用于等温气相外延工艺的晶体生长容器，它适用于红外晶体材料的等温气相外延的生长，特别适用于碲镉汞晶体的等温气相外延生长。

背景技术

Hg_1-xCd_xTe三元材料是一种重要的红外晶体材料。常用的Hg_1-xCd_xTe薄膜材料生长方法有液相外延(LPE)、分子束外延(MBE)、金属有机气相外延(MOCVD)和等温气相外延(ISOVPE)方法等。由于等温气相外延其成本较低，不需要大型设备和超高真空，因此，不像分子束外延、金属有机气相外延这种设备需要投入大量资金维持运转。目前等温气相外延常用生长容器是石墨盒，石英盒等。Robert E.Kay(1987，United State Patent，patent number 4648917)设计过石墨盒生长容器，但石墨盒的纯度很难到达99.99999％纯度，因此在生长过程中容易挥发出杂质。

P.Mitra(Semicond.Sci.Technol.8(1993)5205-5210.Printed in the UK)设计的石英生长容器是需要在充满氢气高压的炉体内使用，这无形增加了使用成本和安全隐患。

昆明物理所(陶长远，刘达清.“低x值Hg_1-xCd_xTe开管等温气相外延.”，红外与激光技术，1991，2：30-35)曾研究低x值Hg_1-xCd_xTe开管等温气相外延。采用卧式开管等温气相外延系统。对于等温气相外延面临的最大问题是Hg损失，由于开管生长，强大的气流会带走大量的Hg蒸气，进而Hg组分难以精确控制。

发明内容

本专利的目的是提供一种用于等温气相外延工艺的晶体生长容器，解决开管等温气相外延中存在的Hg蒸气的损失问题。

晶体生长容器的具体结构如附图1、2所示，它由石英塞1、石英盒2和石英环3三个部件组成，这些部件均采用99.99999％的高纯石英材料制成。石英塞1是磨砂口塞子，其的上部分是一个圆锥体，下部分是一个带锥度圆柱体，圆柱体与圆锥体相连处的上部直径大于其下部直径，圆柱体的锥度为4-6°，下部分带锥度圆柱体的表面磨砂处理，石英塞1中间是空的，其石英玻璃的壁厚为1-2mm；石英盒2为圆柱体杯状结构，杯的内部呈与石英塞1下部分同锥度的锥形圆柱体形状且杯口的直径比杯底的直径大，杯口部分磨砂处理以保证石英塞1与石英盒之间的密闭性，石英盒2的内径比所需生长晶体直径大2mm，高度为40～60mm，石英玻璃壁厚1-2mm；石英环3是厚度为5mm的圆环，环的外径与所需生长晶体的直径相同，环的内径比环的外径小2mm。

石英盒2的底部放置晶体生长源材料4，石英环3放置在源材料4的上方，晶体生长用衬底5放置在石英环3上，如果有多片衬底，则用石英环将每片衬底相互隔开后叠加放入石英盒2中，石英塞1将石英盒2口塞住密闭以减少Hg的逃逸。

本专利的晶体生长容器优点在于：它可以解决碲镉汞等温气相外延中Hg损失的问题，以提高材料的均匀性和外延面积。在一个石英盒里实现多片衬底的外延沉积，该石英盒可以用于闭管、开管等温气相外延领域。

附图说明

图1：石英容器结构图。

图2：实施例中的石英塞、石英盒和石英环的结构图。

具体实施方式

以生长直径16mm的碲镉汞晶片为例，分为两组进行：一组1016管为未使用石英盒生长的闭管等温气相外延。另一组1023管为使用石英盒生长的闭管等温气相外延。通过比较两组实验，证实本发明的石英盒成功用于等温气相外延。

晶体生长容器结构如下：

石英塞1：楔形设计，上部圆锥体的锥角50±10°，直径18mm，高20mm，壁厚1mm，下部锥形圆柱体的锥度5±1°，长20±0.5mm。

石英盒2：上端内径：18mm，下端内径：16.05mm，高：40mm，公差±0.5mm，壁厚1mm。

石英环3：内径16mm，高5mm，公差±0.5mm，厚1mm。

石英环3、石英塞1和石英盒2依次套入，在石英环的下面放置Hg_1-xCd_xTe源材料4，石英环上面Hg_1-xCd_xTe放置衬底5，盖上石英塞，然后将石英盒放置在生长室内进行生长。