[实用新型]一种化合物晶体合成后旋转垂直温度梯度晶体生长装置

说明书

本实用新型提供一种化合物晶体合成后旋转垂直温度梯度晶体生长装置，属于半导体晶体合成与生长装置领域，采用的技术方案是一种化合物晶体合成后旋转垂直温度梯度晶体生长装置，包括炉体、定位在炉腔内的合成与晶体生长系统及其配套的加热系统、测温系统、保温系统和控制系统，所述合成与晶体生长系统包括坩埚和设置在其水平一侧的挥发元素承载器，挥发元素承载器借助注入管与坩埚连通实现水平注入合成；炉体借助配套的旋转机构具有旋转自由度。有益效果是本装置巧妙设置炉体的旋转系统，控制挥发元素承载容器和晶体生长坩埚的位置变化，水平注入合成和垂直梯度晶体生长巧妙结合；装置结构简单，易于操作和控制，利于半导体晶体的产业化生产。

技术领域

本实用新型涉及半导体晶体合成与生长的装置，具体涉及一种化合物晶体合成后旋转垂直温度梯度晶体生长装置，尤其适用于磷化铟、磷化镓等需要与挥发性元素进行合成的半导体晶体材料的VGF晶体生长。

背景技术

化合物半导体广泛应用于电子行业，是重要的化合物半导体材料。例如，InP、GaP、GaAs等。由于元素组成中含有挥发性元素，合成方法有水平扩散合成和注入合成等。其晶体生长方法有LEC(Liquid Encapsulated Czochralski：液封直拉) 法、VGF(Verticalgradient freezing：垂直梯度凝固) 法等，由于LEC法需要设备成本较高，晶体应力较大，位错密度高，晶体生长工艺复杂，不利于生长高质量大尺寸的单晶，因此，目前应用较多的是VGF法，所采用的装置位垂直梯度单晶炉，将装有多晶原料的容器垂直置于炉中设定的相应温度梯度部位，待多晶原料全熔后，从下部一端缓慢结晶并延续到上部一端。VGF方法生长速度较慢，温度梯度很小，因此晶体所受应力较小，所以可以生长出位错密度相对较低的晶体材料。虽然LEC法制备的晶体缺陷很多，但是合成后连续LEC晶体生长却可以获得高纯单晶体。对于VGF来说，要实现合成后连续VGF晶体生长就很困难，这是因为在晶体生长前，需要将籽晶先放置在坩埚中，但是合成过程中，化合物籽晶会被纯金属或者正在合成的熔体熔化或者侵蚀掉。为了保护籽晶，需通过添加多晶料并繁琐的控温程序来保护籽晶不被合成过程所熔化，导致合成晶体生长过程耗时长、过程复杂繁琐、易失误，难于工业化和大规模生长，严重阻碍合成后连续VGF制备半导体晶体材料的发展。

发明内容

本实用新型为解决目前注入法合成后VGF晶体生长需合成前需放入多晶料、生长过程控制繁琐复杂、工业化难度大的技术问题，提供一种晶体合成后旋转垂直梯度晶体生长的装置，采用水平设置挥发元素承载容器和晶体生长坩埚，实现易挥发元素与纯金属元素水平注入合成，进一步通过旋转系统控制炉体整体缓慢旋转，进而进行VGF晶体生长，实现了水平注入合成与垂直梯度凝固（VGF）晶体生长结合，来制备高纯化合物半导体晶体，避免了VGF生长前纯金属将籽晶熔掉，该装置结构简单，易于操作和控制，利于半导体晶体的产业化生产。

本实用新型采用的技术方案是：一种化合物晶体合成后旋转垂直温度梯度晶体生长的装置，包括炉体、定位在炉腔内的合成与晶体生长系统及其配套的加热系统、测温系统、保温系统和控制系统，其特征在于，所述合成与晶体生长系统包括侧面设有籽晶容纳腔的坩埚和设置在其水平一侧的挥发元素承载器，所述挥发元素承载器借助注入管与坩埚连通实现水平注入合成；所述炉体借助配套的旋转机构具有旋转自由度，实现水平注入合成后旋转垂直温度梯度晶体生长。

进一步的，所述注入管末端背离或倾斜式远离挥发元素承载器。

进一步的，所述注入管为多段式，末段倾斜式远离挥发元素承载器，与挥发元素承载器呈60°-85°夹角。

进一步的，所述合成与晶体生长系统中还包括装载所述坩埚和挥发元素承载器的装载架，所述装载架配套设置密封盖，密封盖上设有排气口。

进一步的，所述装载架为石英、碳化硅、氮化硼或陶瓷材质。

进一步的，所述加热系统结构中包括套设在合成与晶体生长系统外围的多段加热器；所述保温系统结构中包括套设在加热系统外部的保温套。