[发明专利]晶体生长用双层坩埚及晶体生长工艺

说明书

本发明公开了一种晶体生长用双层坩埚，涉及晶体生长技术领域，该双层坩埚包括用于放置原材料的上坩埚与用于晶体生长的下坩埚；所述上坩埚设置在所述下坩埚的上方，上坩埚底部外周与下坩埚开口外周密封连接；所述上坩埚底面设置有通向所述下坩埚的漏料孔；所述上坩埚与下坩埚均为热解氮化硼坩埚。在VB法生长磷化铟材料过程中的应用，采用双层坩埚结构，以及使用该双层坩埚的晶体生长工艺，能够使磷化铟多晶原料与掺杂剂S充分均匀的混合，缩小了生长出S‑InP单晶的载流子浓度范围，单根晶体纵向载流子浓度偏差可以控制在(3‑6)x10¹⁸/cm³，获得了高质量、高均匀性的晶体，并且单晶的出片率提高了5％。

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，特别是涉及一种晶体生长用双层坩埚及晶体生长工艺。

背景技术

磷化铟InP是极具战略性的重要半导体材料之一，在光通信、毫米波高频、低噪声、宽带微电子集成等领域具有重要的应用。

随着近些年红外探测器技术的发展，开始了以GaAs系列、InP系列为中心的Ⅲ-Ⅴ族半导体多量子阱材料的设计技术，对量子阱等超晶格结构的红外探测器的研究也正在广泛开展。其原理就是利用半导体材料的光电导效应制成的一种光探测器件。所谓光电导效应，是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。光电导探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。磷化铟材料在电学特性及材料特性上都非常适合作为光探测器的核心材料。

目前磷化铟单晶生长方法主要是VGF法(垂直梯度凝固法)和VB法(垂直布里奇曼法)。传统的VB法磷化铟单晶生长是将磷化铟原料与掺杂剂“硫”直接混合到一起装入氮化硼坩埚，然后进行晶体生长工艺，为磷化铟单晶衬底制备提供了重要原材料-掺硫磷化铟单晶材料S-InP。

这样的话就会带来一些问题，由于硫(S)作为一Ⅵ族元素，它在磷化铟晶体中的分凝系数较小，在磷化铟单晶制备时直接与磷化铟多晶原料混合到一起后，开始晶体生长，这样会造成大量的硫(S)沉积在晶体尾部，造成掺杂浓度不均匀，头部载流子浓度低，尾部载流子浓度则较高等问题，目前采用传统的单坩埚VB法晶体生长工艺，其整根晶体的纵向载流子浓度会在(2-8)x10¹⁸/cm³,这样一个范围，可以看出整个浓度分布的范围较大；并且对S-InP单晶生长率会产生较大影响，特别是其掺杂浓度的偏差及整片均匀性都会对器件的发光波长均匀性等有重大影响。

发明内容

本发明的第一目的是，在使用VB法进行S-InP晶体生长过程中提供一种双层坩埚。本发明的第一目的由以下技术方案实现：

一种晶体生长用双层坩埚，其特征在于，包括用于放置原材料的上坩埚与用于晶体生长的下坩埚；所述上坩埚设置在所述下坩埚的上方，上坩埚底部外周与下坩埚开口外周密封连接；所述上坩埚底面设置有通向所述下坩埚的漏料孔；所述上坩埚与下坩埚均为热解氮化硼坩埚。

作为改进的技术方案，所述上坩埚底部为平底或者向下突出的弧形底。

作为改进的技术方案，所述上坩埚底部的漏料孔的数量为一个或者多个。

作为改进的技术方案，所述下坩埚下部为锥形，底部设置有籽晶腔。

本发明第二目的是，基于上述双层坩埚，提供一种晶体生长工艺，使磷化铟多晶原材料同掺杂剂硫均匀的混合，从而生长出高质量、高均匀性的S-InP单晶体。本发明的第二目的由以下技术方案实现：

一种晶体生长工艺，使用上述晶体生长用双层坩埚，其特征在于，包括以下步骤：

S1：双层坩埚放入一石英管内，将多晶原料以及掺杂剂放入上坩埚内；