[实用新型]一种异形PBN和石英组合坩埚

说明书

本实用新型涉及半导体材料生产技术领域，公开了一种异形PBN和石英组合坩埚，包括石英坩埚、PBN坩埚和石英帽，所述石英坩埚包括包覆腔和石英坩埚籽晶腔，所述PBN坩埚包括原料腔和PBN坩埚籽晶腔，所述PBN坩埚和石英帽均设置于石英坩埚的内腔中，所述石英帽设置在靠近石英坩埚的开口一端，且所述石英帽的开口朝向PBN坩埚；所述石英坩埚籽晶腔包括第一籽晶腔段和第二籽晶腔段，所述第二籽晶腔段与PBN坩埚籽晶腔的外壁紧密贴合，所述石英坩埚的第一籽晶腔段和包覆腔与PBN坩埚之间设置有间隔区。本实用新型能够使得半导体材料获得平坦的生长界面且有效改善晶体热应力集中现象，获得大尺寸、低位错密度高、均匀性好的晶体。

技术领域

本实用新型涉及半导体材料生产技术领域，尤其涉及一种异形PBN和石英组合坩埚。

背景技术

垂直温度梯度凝固法(VGF)和垂直布里奇曼法(VB)是目前市场上生产化合物半导体砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)材料最主要的生产方式，经过长期的发展，目前的生产工艺中要使用到PBN坩埚和石英坩埚，PBN坩埚沿坩埚壁的方向热导率为62.8W/(m·K)^-1，高的热导率导致PBN坩埚和石英坩埚之间的间隙对温场的热传导产生很大的影响。

当PBN坩埚和石英坩埚两者的形状相似，贴合紧密时,大量的热流通过PBN坩埚壁和石英坩埚导走，产生了较大的径向热流，从而导致半导体材料较凹的生长界面形状。半导体材料凹陷的生长界面易于在边缘产生细小孪晶，不利于生长出大尺寸的晶体；另外，同一水平面晶体获得的衬底杂质浓度呈同心圆分布，均匀性差，而且PBN坩埚与石英坩埚籽晶腔到锥形部位的拐点位置产生较大的热应力，晶棒和加工出的衬底容易开裂、碎片，热应力的集中容易产生多晶，且位错密度高；当两者完全分离时，相变潜热成为影响生长界面形状的主要因素，生长界面也呈现凹向熔体形状，但PBN坩埚与石英坩埚完全分离，整体热应力较为平均；当PBN坩埚和石英坩埚籽晶腔位置贴合紧密，锥角和等径位置分离时，生长界面趋于平坦，有利于得到低位错密度、高均匀性的大尺寸晶体，但在籽晶腔与锥角位置的应力集中问题仍难易解决。

而目前市场上GaAs和InP材料的工业大批量生产中对于PBN坩埚和石英坩埚之间的间隙问题未得到重视，两者的形状基本类似，两者间隙不能得到很好的控制。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种异形PBN和石英组合坩埚，通过异形的石英坩埚和PBN坩埚的组合，化合物半导体晶体生长过程中，在初始籽晶熔接开始到晶体生长结束位置周围塑造一个真空区，能够使得半导体材料获得平坦的生长界面且有效改善晶体热应力集中现象，获得大尺寸、低位错密度高、均匀性好的晶体。

本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种异形PBN和石英组合坩埚，包括石英坩埚、PBN坩埚和石英帽，所述石英坩埚包括包覆腔和石英坩埚籽晶腔，所述PBN坩埚包括原料腔和PBN坩埚籽晶腔，所述PBN坩埚和石英帽均设置于石英坩埚的内腔中，所述石英帽设置在靠近石英坩埚的开口一端，且所述石英帽的开口朝向PBN坩埚；所述石英坩埚籽晶腔包括第一籽晶腔段和第二籽晶腔段，所述第二籽晶腔段与PBN坩埚籽晶腔的外壁紧密贴合，所述石英坩埚的第一籽晶腔段和包覆腔与PBN坩埚之间设置有间隔区。

本实用新型的第二籽晶腔段的内壁与PBN坩埚籽晶腔的外壁紧密贴合，能够将晶体生长过程中的相变潜热及时导走，塑造合适的温度梯度，熔种深度在PBN坩埚籽晶腔与石英坩埚的第一籽晶腔段相对的位置内，石英坩埚的第一籽晶腔段和包覆腔与PBN坩埚之间设置有间隔区，在抽真空后，间隔区位置的石英坩埚与PBN坩埚之间为真空状态，保证在籽晶熔接过程中初始生长界面到生长结束径向的热量交换以热辐射为主，热量交换少，热传导效率低；热量主要在轴向方向形成以熔体→生长界面→晶体→籽晶→单晶炉底部低温区为主导的热量交换系统，保证生长过程中生长界面平坦，整体热应力平均的状态，能够获得大尺寸、低位错密度高、均匀性好，且热应力平均的半导体材料晶体。