[发明专利]一种磷化铟单晶生长的恒压恒流保护气装置及磷化铟单晶生长的方法

说明书

本发明公开了一种磷化铟单晶生长的恒压恒流保护气装置及磷化铟单晶生长的方法，恒压恒流保护气装置，包括VGF生长炉、气体储罐、高压气泵和气体加热套；VGF生长炉包括高压腔，高压腔的顶部设有上盖、底部设有下盖，高压腔内侧设有筒状的加热器，上盖上设有与加热器相通的出气管路，下盖上设有与加热器相通的进气管路；上盖上的出气管路通过第一管路与气体储罐的进气口连通，气体储罐的出气口通过第二管路与高压气泵的进气口连通，高压气泵的出气口通过第三管路与气体加热套的进气口连通，气体加热套的出气口通过第四管路与下盖上的进气管路连通。上述装置，可实现氮气热气流的稳定单向流动，避免了炉内气体对流，大大提高了成晶率，达到45.3％以上。

技术领域

本发明涉及一种磷化铟单晶生长的恒压恒流保护气装置及磷化铟单晶生长的方法，属于单晶生长的技术领域。

背景技术

磷化铟单晶生长方法有LEC直拉法、VGF法等。LEC直拉法由于设备昂贵，技术不成熟，目前没有规模化生产，只有研究所等在进行试验研究。VGF法设备简单，技术成熟，是目前主要采用的生产工艺。

磷化铟单晶VGF法生长单晶是把先把籽晶装入氮化硼坩埚底部的籽晶槽内，再把磷化铟多晶料、密封剂、掺杂剂等放入氮化硼坩埚内，然后把装好料的坩埚放入石英管内，再把石英管烧制密封好。然后把密封好的石英管放入加热器内，使磷化铟多晶先融化再从籽晶处缓慢生长成固体单晶，生长过程需要在高压下完成，在高压下，由于气体的对流，会出现孪晶、空位、晶体滑移等现象，造成产品不合格，导致晶体的成晶率不到30％甚至更低。

发明内容

本发明提供一种磷化铟单晶生长的恒压恒流保护气装置及磷化铟单晶生长的方法，解决了在高压下，气体的对流问题，提高了成晶率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种磷化铟单晶生长的恒压恒流保护气装置，包括VGF生长炉、气体储罐、高压气泵和气体加热套；VGF生长炉包括高压腔，高压腔的顶部设有上盖、底部设有下盖，高压腔内侧设有筒状的加热器，上盖上设有与加热器相通的出气管路，下盖上设有与加热器相通的进气管路；上盖上的出气管路通过第一管路与气体储罐的进气口连通，气体储罐的出气口通过第二管路与高压气泵的进气口连通，高压气泵的出气口通过第三管路与气体加热套的进气口连通，气体加热套的出气口通过第四管路与下盖上的进气管路连通。

上述装置形成热氮气气流从VGF生长炉到气体储罐，再经高压气泵和气体加热套后循环进入VGF生长炉的循环，使热氮气气流在VGF生长炉内形成定向流动，避免了气体的对流，进而提高了成晶率。

上述气体加热套用于氮气的加热，使氮气始终以特定的温度进入VGF生长炉，以避免因氮气循环对加热器内温度形成冲击。磷化铟单晶生长VGF法主要解决的问题就是温场的稳定性，只有稳定的温场和合理的温度梯度才能保证生长出合格的单晶，晶体生长区既要保证温场波动小，又要有合适的降温梯度，本申请通过热氮气气流以特定的速度循环，彻底避免了加热器内气体的对流，有助于形成更加稳定的温场和更加稳定的温度梯度，有利于单晶生长。

本申请各管路均用耐压管路。

为了便于控制和调整，上盖上的出气管路分支为两路，一路与第一管路连通、另一路上设有第一阀门；第一管路上设有第二阀门；下盖上的进气管路分支为两路，一路与第四管路连通、另一路上设有第三阀门；第四管路上设有第四阀门。

为了便于加热器进出氮气流量的计量，第一管路上设有第一流量计，第四管路上设有第二流量计。

为了提高计量的准确性，第一流量计设在第二阀门的上游；第二流量计设在第四阀门的下游。从上游到下游的方向，也即气体的流动方向。

为了便于使用和控制，第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门均为针型阀。