[发明专利]一种砷化镓单晶生长装置及生长方法

权利要求书

1.一种砷化镓单晶生长装置，其特征在于，所述砷化镓单晶生长装置包括石英帽、石英管和氮化硼坩埚，所述氮化硼坩埚可拆卸置于所述石英管内部，所述石英帽与所述石英管可拆卸密封连接，所述石英帽包括石英帽壁，所述石英管包括石英管壁，所述氮化硼坩埚包括坩埚壁；

在xyz的三维空间直角坐标系中，所述氮化硼坩埚置于所述石英管内部并且所述石英帽与所述石英管密封连接后，所述石英帽壁的内表面的空间位置符合函数关系f₁(x，y，z)，

所述石英管壁的内表面的空间位置符合函数关系f₂(x，y，z)，

所述坩埚壁的外表面符合函数关系f₃(x，y，z)，

其中1≤e/f＝e₁/f₁≤1.7，150mm≤(a₁-j)≤205mm，j为所述坩埚壁的厚度，0.04≤b/a≤0.08。

2.根据权利要求1所述的砷化镓单晶生长装置，其特征在于，1.091≤e/f＝e₁/f₁≤1.428。

3.根据权利要求2所述的砷化镓单晶生长装置，其特征在于，1.191≤e/f＝e₁/f₁≤1.303。

4.根据权利要求1-3任一所述的砷化镓单晶生长装置，其特征在于，(a-a₁)≤1mm，40mm≤c≤50mm，10mm≤b≤12mm，3mm≤g-g₁≤5mm，125≤g≤133mm，i＜e＜a，i₁＜e₁＜a₁，20mm≤i₁≤25mm，15mm≤i≤18mm。

5.根据权利要求4任一所述的砷化镓单晶生长装置，其特征在于，所述石英帽包括石英帽盖体和与所述石英帽盖体连通的通气管，在所述函数关系f₁(x，y，z)中，x²+y²＝b²为所述通气管的位置；

所述氮化硼坩埚还包括籽晶腔管，在所述函数关系f₃(x，y，z)中，x²+y²＝i₁²为所述籽晶腔管的管壁位置；

所述石英管还包括籽晶腔，在所述函数关系f₂(x，y，z)中，x²+y²≤i²为所述籽晶腔的腔壁位置。

6.根据权利要求4任一所述的砷化镓单晶生长装置，其特征在于，所述砷化镓单晶生长装置还包括单晶炉、加热器和石英管支撑架，所述加热器沿所述石英管的中轴中心对称分布。

7.根据权利要求4任一所述的砷化镓单晶生长装置，其特征在于，所述xyz的三维空间直角坐标系中，x轴和y轴所在平面为水平面。

8.一种砷化镓生长方法，其特征在于，所述方法应用如权利要求1-7任一所述的砷化镓单晶生长装置，所述方法包括以下步骤：

(1)将籽晶和氧化硼置于氮化硼坩埚，所述氧化硼掩盖所述籽晶的表面；

(2)密封连接所述石英管和石英帽，在有氧条件下加热氮化硼坩埚使氮化硼坩埚表面形成氧化层；

(3)添加砷化镓多晶颗粒和作为掺杂物的Si材料，充入氮气抽真空密封，用VGF法生长GaAs单晶。

9.根据权利要求8所述的砷化镓生长方法，其特征在于，所述步骤(2)中，通过加热形成氧化层，所述加热的温度为900℃～950℃，从石英帽小孔充入氧气，保温30～60分钟，通过所述通气管通入氧气形成有氧条件。

10.根据权利要求8所述的砷化镓生长方法，其特征在于，所述步骤(3)中，VGF法生长GaAs单晶使用垂直冷凝法，氮化硼坩埚内的砷化镓液体从下而上逐步凝固成砷化镓单晶。