[发明专利]一种磷化铟单晶的生长装置及生长方法

说明书

本发明涉及晶体生长技术领域，特别涉及一种磷化铟单晶的生长装置，包括固定加热器、移动加热器、晶体生长容器和电磁搅拌装置，所述移动加热器和电磁搅拌装置可在晶体生长容器外移动。本发明还提供一种磷化铟单晶的生长方法，通过将原料放入到晶体生长容器中并加热到750℃，然后通过移动加热器加热到1075℃，移动移动加热器和电磁搅拌装置至其铅垂面离开晶体生长容器，保温并待炉温降至室温。本发明降低了Si污染，制得的单晶纯度高；采用移动加热器的方法，避免移动晶体生长容器可能引起的振动，能有效提高单晶率；通过双加热器的相对移动实现温场的移动，温场控制相对简单，控温精度容错率高，便于维护和校准。

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，特别涉及一种磷化铟单晶的生长装置及生长方法。

背景技术

磷化铟是一种化合物半导体，已经有多年的制备历史。有别于纯元素的第一代半导体(例如Si)和以超宽禁带为特征的第三代半导体(如SiC)。磷化铟一般被认为是第二代半导体。近年来，随着通信领域的技术发展，对磷化铟又有了新的需求和技术要求。

磷化铟单晶生长的方法有很多种，如液封直拉法(LEC)，水平布里奇曼法，垂直布里奇曼法，垂直温度梯度法(VGF)等。这些方法各有局限，例如LEC生长的晶锭，在位错密度等晶格指标上劣势很大；布里奇曼法中的容器机械运动会降低成晶率；VGF法生长效率低，而且对温场的控制精确度要求非常高，在实际应用中实现困难，此外通常需要对每个炉子单独进行周期性停产校准。此外，在现有技术中，磷化铟生长时所需的容器，普遍使用热解氮化硼(PBN)或者高纯石英。PBN价格昂贵，而石英长时间熔体接触，会在得到的晶体中产生Si污染。

发明内容

本发明解决了相关技术中温场控制难度高且需要反复维护，以及高温熔体长期接触石英容器产生Si污染的问题，提出一种磷化铟单晶的生长装置，通过设置固定加热器与移动加热器，且移动加热器可在晶体生长容器外移动，可以低成本实现精确控温，校准后温场稳定使用时间长，生长过程中石英容器平均接触温度低从而大大减轻Si污染。

本发明还提供一种采用前述生长装置来生长磷化铟单晶的生长方法，在生长过程的大部分时间里面，大部分磷化铟(包括单晶和多晶)是在750℃左右和石英容材质的晶体生长容器接触，大大降低了Si的污染，可以获得高纯度的单晶；采用移动加热器的方法，避免移动晶体生长容器可能引起的振动，能有效提高单晶率。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种磷化铟单晶的生长装置，包括固定加热器、移动加热器、晶体生长容器和电磁搅拌装置，所述移动加热器和电磁搅拌装置可在晶体生长容器外移动。

作为优选方案，所述固定加热器、移动加热器、晶体生长容器和电磁搅拌装置均置于横式炉中。

作为优选方案，所述固定加热器和移动加热器均为加热线圈。

作为优选方案，所述晶体生长容器包括依次连接的管状部、漏斗部和空心圆柱部，所述管状部的顶端开设有凹槽从而形成敞口状，所述空心圆柱部为用于放置籽晶的籽晶区，所述漏斗部为放肩区，所述管状部为晶体生长的生长区。

本发明的另一方面，还提供一种磷化铟单晶的生长方法，具体步骤如下：

S1、将籽晶放入晶体生长容器的籽晶区中；

S2、将磷化铟多晶料和辅料放入晶体生长容器中，所述辅料为覆盖剂和磷补充剂；

S3、将S2中的晶体生长容器放入横式炉中，并在横式炉内充入电子级氩气；

S4、移动移动加热器使其与籽晶区在同一个铅垂面上；

S5、同时打开固定加热器和移动加热器，目标温度设置为750℃，升温速率为10℃/min，加热至达到目标温度；

S6、待横式炉内的温度稳定后，将移动加热器的目标温度设定为1075℃，升温速度为1℃/min；