[发明专利]一种半导体化合物材料的单晶生长工艺设备

说明书

一种半导体化合物材料的单晶生长工艺设备，涉及单晶生长设备领域，包括炉体、石英管，石英管、坩埚，炉体与石英管之间固定设置有单段式加热器，所述的单段式加热器外侧固定安装有温梯筒，所述的温梯筒带有环形的过液腔，过液腔底部螺纹连接有封堵环，封堵环内圈、外圈分别与温梯筒螺纹连接，封堵环沿周向均匀加工有进液孔，进液孔内插装有进液管，进液管与封堵环固定连接，进液管下方设置有储液箱，过液腔上端设置有出液口。本发明由于温梯范围可变化，所以在加热器长度不变的情况下，可提供不同范围的梯度场，从而适用于不同物质单晶生长；且温梯的连续性良好。

技术领域

本发明属于单晶生长设备领域，尤其涉及一种半导体化合物材料的单晶生长工艺设备。

背景技术

用于大量生产砷化镓和锗晶体的方法有传统的LEC法(液封直拉法)和HB法(水平舟生产法)。同时目前也开发了兼具以上2种方法优点的VGF法(垂直梯度凝固法)、VB法(垂直布里奇曼法)和VCG法(蒸汽压控制直拉法)，VGF法是制备低缺陷晶体的优选方法之一，成为目前普遍使用的单晶生长方法。

目前VGF法单晶生长工艺设备普遍采用多段式加热器，用于加热多晶料并提供晶体生长所需热能，生长时，通过多段式加热器加热形成轴向的温度梯度，底部的籽晶逐渐向上生长晶体，最终完成单晶生长。采用多段式加热，虽可使坩埚内的温度梯度小且恒定，但是由于每段加热器之间的加热温度不连续性，使得段与段之间轴向温度与段内部轴向温度不连续，不均匀，这将影响晶体在该处的温度起伏，会促进孪晶的生长。为了解决多段式加热器加热温度不连续的问题，申请号为201610937760.4的中国专利公开了一种基于VGF法的减少InP晶体孪晶的装置，使用单段电阻式杯状加热器9取代传统的多段式加热器，并在坩埚与单段式加热器之间设置锥形的筒状结构10，加热器温度通过筒状结构后传到坩埚，在经过筒状结构时产生了轴向均匀分布的热阻，从而热量传递到坩埚时形成均匀的温度梯度，但是由于筒状结构10始终位于加热器内，时间一长其自身温度逐渐趋近炉温，再将温度传递给坩埚时难以形成理想的温度梯度。

发明内容

为了在单晶生长过程中能够获得准确的、连续的温度梯度问题，本发明公开了一种半导体化合物材料的单晶生长工艺设备，本发明产生的温度梯度连续且梯度范围可调节可控。

本发明提供的技术方案是：一种半导体化合物材料的单晶生长工艺设备，包括外部的炉体及内部的同轴的石英管，石英管内放置有同轴坩埚，炉体与石英管之间固定设置有单段式加热器，坩埚内部放置有多晶料，底部放置有籽晶，石英管底部设置有用于支撑石英管的支撑装置，所述的单段式加热器外侧固定安装有温梯筒，所述的温梯筒带有环形的过液腔，过液腔底部螺纹连接有封堵环，封堵环内圈、外圈分别与温梯筒螺纹连接，封堵环沿周向均匀加工有进液孔，进液孔内插装有进液管，进液管与封堵环固定连接，进液管下方设置有储液箱，进液管下端插入储液箱内，储液箱内的进液管上固接有卡环，从而进液管上行时拉动储液箱同步上行，所述的支撑装置外侧固接有支撑装置径向的驱动杆，所述的驱动杆伸入到相邻的进液管间隙内，从而支撑装置转动驱动着进液管转动，支撑装置下方设置有用于驱动支撑装置转动的旋转系统；过液腔上端设置有出液口；储液箱外侧设置有储液加热器，储液加热器与储液箱固定连接。

进一步的，所述的支撑装置与旋转系统之间设置有行星减速机构，所述的行星减速机构包括太阳轮、行星轮、行星架和外齿圈，所述的行星架通过连接件与单段式加热器固定连接，太阳轮与旋转系统连接，外齿圈与驱动杆连接，从而驱动杆与支撑装置之间存在转速差。

本发明的有益效果为：

1.本发明通过温梯筒对单段式加热器形成一定的轴向温梯，本发明温梯范围可大可小，温梯的大小跟过液速度有关，过液速度快则温梯范围大，过液速度慢则温梯范围小；本发明温梯的两个端值可控，温梯的低值是与进液温度有关，温梯的高值与进液温度和过液速度两个值有关。

2.本发明形成的温梯是连续的，且连续性好。