[发明专利]一种14吋砷化镓单晶炉及其拉1‑13根单晶生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及单晶制备技术领域，尤其涉及一种14吋砷化镓单晶炉及其拉1-13根单晶生长方法。

背景技术

砷化镓(gallium arsenide)，属Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，具有高频率、高电子迁移率、高输出功率、低噪音以及线性度良好等优越特性。主要涉及高端军事电子应用、光纤通信系统、宽带卫星无线通信系统、测试仪器、汽车电子、激光、照明等领域。作为重要的半导体材料，GaAs的电子迁移率为硅和氮化镓的5倍，用于中小功率微波器件具有更低的功率损耗，因此在手机通讯、局域无线网、GPS和汽车雷达等领域中占主导地位。

单晶生长方法采用的是垂直梯度凝固法(VGF)。将砷化镓多晶放在PBN坩埚内，再放在石英管内抽真空后密封，然后再放入单晶炉内，通过调整炉内各温区的温度变化，促使生长界面移动生成单晶。该方法通常是一次性生长一根晶棒，无法做到一次性批量式生长，即一炉拉制多跟晶棒。这是由于垂直梯度凝固法拉制单晶对温度控制要求较高，必须具有一整套完整、成熟的温控方案才能生长出质量较高的晶棒。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种14吋砷化镓单晶炉及其拉1-13根单晶生长方法，大大提高砷化镓晶棒的生产效率，温控方案成熟，可一次性批量式生长得到1-13根单晶。

根据本发明实施例的一种14吋砷化镓单晶炉，包括14吋炉膛、2吋PBN组件、保温棉、炉芯、石英管、环形加热片、封盖；

所述14吋炉膛呈圆筒状，所述14吋炉膛内沿其高度方向分为3-10段温场，所述3-10段温场的3-10段区域内设有多个温控点，所述石英管设置在14吋炉膛内的底部，所述炉芯设置在石英管内，所述石英管与炉芯之间设有保温棉，所述环形加热片固定在14吋炉膛的内壁上，并且环形加热片靠近石英管的一面呈锯齿状，所述2吋PBN组件整体呈圆柱状，其底部呈漏斗状，安装在石英支撑内部，所述封盖设置在14吋炉膛的顶部开口处。

进一步的，温控点的数量为21-35个，3-10段温场的上段区域内均匀分布有10个温控点，3-10段温场的中段区域内均匀分布有15个温控点，3-10段温场的下段区域内均匀分布有10个温控点。

进一步的，所述2吋PBN组件的数量为13个，以3-2-3-2-3的任意排列方式均匀排列。

一种14吋砷化镓单晶炉拉1-13根单晶的生长方法，包括以下步骤：

(1)用1.5小时加热升温到3-10段温场的上段区域1150-1200℃、中段区域1280-1350℃、3-10段温场的下段区域1220-1260℃，然后保温1.5小时；

(2)将砷化镓多晶、籽晶装入2吋PBN组件中，再放在石英管内抽真空，当真空度为6.5×10^-3Pa后，通过氢氧焰对石英管进行封焊，然后将石英管放入14吋炉膛内；

(3)通过温控点控制3-10段温场内的生长温度，加热升温到3-10段温场的下段区域1200℃、3-10段温场的中段区域1300℃、3-10段温场的下段区域1240℃，保温1.5小时，使原料熔融，然后保持3-10段温场的上、中段区域温度不变，3-10段温场的下段区域稳定降低为1180℃，降温时间为24小时，使晶体肩部稳定生长，然后匀速降低温度，使3-10段温场的下段区域1160℃、3-10段温场的中段区域1280℃、3-10段温场的下段区域1220℃，降温时间为12小时，使晶体等径部分稳定生长；

(4)当砷化镓晶体结晶结束后，炉内温度降低至1150℃，保温12h，然后以25℃/小时将至室温，晶体生长完毕，得到1-13根2吋砷化镓单晶。

本发明中，设备精度高，其中分布在3-10段温场的温控点有10个，稳定控制温场，建立合适的温场梯度，进而有效掌握多个2吋单晶棒同时生长的合适的温控规律，可以大大提高砷化镓晶棒的生产效率，且成形率较高，可达80％-100％，3-10段温场温控点超过50个，稳定控制温场，顶部铺设保温棉并封盖，以密闭保温，节约能源，使用环形加热片，使热场均匀节能，可一次性批量式生长得到1-13根14吋单晶。

进一步地，砷化镓单晶的长度为120-350mm。

本发明3-10段温场的环形加热片的设置对热场均匀性起到重要作用；大大提高单晶良率；对单晶质量提高的作用。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：