[发明专利]一种锑化镓单晶生长的平面结晶界面控制结构及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及单晶制备技术，尤其涉及一种锑化镓单晶生长的平面结晶界面控制结构及使用方法。

背景技术

垂直温度梯度法（vertical gradient freeze，VGF）是一种生长II-VI族及III-V族低位错化合物半导体单晶的常用方法。在VGF法晶体生长过程中，装有多晶料的坩埚和炉膛的相对位置固定不变，通过控制炉膛温场实现多晶料的熔化，并控制多个加热温区的温场沿着一维轴向方向进行顺序降温，对熔体进行定向冷却，实现定向结晶。大量的理论及实验结果表明，平面结晶界面是最理想的生长界面，通过一定的技术获得平面结晶界面有利于获得无偏析晶体；此外，相比凹面或凸面生长界面，平面结晶界面可获得最小的热应力场，是生长低缺陷密度单晶的关键。

结晶界面的宏观形貌主要取决于界面附近的热流条件（散热条件）。在目前使用的晶体生长装置中的放肩部位，坩埚与坩埚托之间难以实现理想、均匀的完全贴合状况（如图1所示）。当两者形成接触时，热传导散热将产生局部过冷的温场，因此坩埚与坩埚托之间的不良或不均匀贴合状态将对固液界面形状产生非常不利的影响。即，放肩部位侧壁局部过冷将导致凹面结晶界面，增加多晶成核几率并产生位错增殖。因此，如何设计坩埚与坩埚托之间的支撑结构来控制平面结晶界面是当前急于研发的课题。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题和缺陷，本发明提供一种锑化镓单晶生长的平面结晶界面控制结构及使用方法。采用该控制结构，在VGF单晶生长技术中，避免了坩埚与坩埚托之间的支撑结构对热场及固液界面的不利影响，该控制结构用于优化热场分布，控制平面结晶界面的产生。

本发明采取的技术方案是：一种锑化镓单晶生长的平面结晶界面控制结构，其特征在于，该控制结构包括石英安瓿瓶、石英坩埚、石墨锭、石墨塞和金属Ga锭，所述的石英坩埚为籽晶井端开口的石英坩埚，石墨塞为T型圆柱石墨塞，石墨塞放置于石英坩埚的籽晶井端口，用于封堵籽晶井端口，避免籽晶滑落；所述的金属Ga锭置于石英安瓿瓶底部，石英安瓿瓶倒扣在石英坩埚上，石英安瓿瓶中的金属Ga锭与石墨塞接触；石英安瓿瓶与石英坩埚的放肩部位留有缝隙；所述的石墨锭水平推入石英安瓿瓶，使石墨锭前端与石英坩埚结合。

本发明所述的一种锑化镓单晶生长的平面结晶界面控制结构的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）.将预先烧制的锑化镓圆柱形多晶锭垂直放于支撑台上，在锑化镓多晶锭顶端放置一定量的卤盐液封剂；

（2）.将石英坩埚大口朝下，套于锑化镓多晶锭上，石英坩埚放肩部位与锑化镓多晶锭接触作为着力点；

（3）.将预先准备好的锑化镓籽晶从石英坩埚的籽晶井尾部端口进入籽晶井中；

（4）.在石英坩埚的籽晶井端口放置T型圆柱石墨塞，使其小直径一端进入籽晶井且紧密接触；

（5）.将预先底部凝固有金属Ga锭的石英安瓿瓶倒扣于石英坩埚上，此时，石英坩埚一端的T型圆柱石墨塞与石英安瓿瓶底部的金属Ga锭接触作为着力点；

（6）.一手握住石英安瓿瓶，一手握住所述的支撑台，将整个控制系统旋转90度，即此时控制系统水平放置；

（7）.将石墨锭小直径一端面向坩埚，水平推入石英安瓿瓶，轻微摇晃石英安瓿瓶，使石墨锭与石英坩埚口结合；

（8）.抽真空、熔封石英安瓿瓶。