[实用新型]一种添加化合物半导体材料的装置

说明书

一种添加化合物半导体材料的装置，属于半导体晶体制备领域。所述装置包括炉体和坩埚，在炉体内设置可升降的环形投料架，在投料架上放置环形多晶胶囊架，在多晶胶囊架上设置上下开口的多晶胶囊；籽晶杆连接驱动电机，籽晶杆上设置凸台；籽晶杆的外形及环形多晶胶囊架中心孔的形状为匹配的多边形；在坩埚上沿的材料释放装置，所述材料释放装置连接材料释放装置的驱动机构。采用本实用新型提出的装置，采取多步骤填料，装料前，坩埚中放置覆盖剂，当覆盖剂熔化后，再分多次添加多晶材料，确保添入的多晶料被熔化的覆盖剂淹没，在液面下熔化，不会造成多晶料中元素的损失。

技术领域

本实用新型属于半导体晶体制备领域，涉及在晶体生长之前添加化合物半导体材料的装置。

背景技术

化合物半导体材料具有较高的离解压。例如，对于磷化铟来说，在其熔点附近，离解压为2.75MPa。在采用LEC法生长单晶的过程中，坩埚内需要加入覆盖剂，确保高温下的化合物半导体材料处于被覆盖状态，化合物材料不发生离解。

目前的单晶生长方法中，在组装单晶生长系统时，首先要将化合物半导体多晶料和覆盖剂（如氧化硼）装入坩埚中，装入的多晶料基本上是块状或者颗粒状，在升温化料的过程中，由于覆盖剂的熔点低于多晶料的熔点，覆盖剂首先熔化，流入多晶料的缝隙中，覆盖剂不能完全覆盖多晶料，当多晶料完全熔化后，由于密度的差异，覆盖剂才完全覆盖化合物半导体的熔体。

在升温过程中，多晶料中的易挥发元素（如磷化铟中的磷）会因高温而挥发，造成熔体及后面晶体不配比。对于化合物材料来说，离解主要发生在化料期间，离解的部分为裸露在氧化硼外的部分。

传统的方法是：1、通过将材料破碎成颗粒，以保证装填材料时，减小材料中的间隙；2、增加覆盖剂的装入量，使其尽量多的对材料进行覆盖。但是，传统方法存在诸多缺陷：第一种方法，化合物碎料过程会引入杂质，导致纯度下降，并且通过碎料对材料致密程度的影响也有限；第二种方法，通过增加覆盖剂的装入量，一方面会增加覆盖剂的单次使用量，另一方面过厚的覆盖剂会导致晶体生长时难以观察。

这种问题，随着坩埚装料量的增加而愈加严峻。例如，在制备磷化铟的传统LEC方法中，在10英寸坩埚中，加入1000g氧化硼作为覆盖剂，坩埚中磷化铟多晶的装料量为20Kg，材料的升温化料过程中，会损失100-200g的磷元素，而损失100-200g的磷元素，会导致最终3-6Kg的材料处于不配比状态，对于单晶产品的成品率影响非常大。

因此，急需一种装置，降低化合物升温时材料的损失。

发明内容

为解决上述问题，提出了本实用新型。

本实用新型采用的技术方案：一种添加化合物半导体材料的装置，包括炉体和炉体内的坩埚，在炉体内设置连接竖直升降机构的环形投料架，在投料架上放置环形多晶胶囊架，在环形多晶胶囊架上设置上下开口的多晶胶囊；籽晶杆连接驱动电机；籽晶杆穿过多晶胶囊架的中心孔，形成托架和旋转配合机构；所述装置还包括设置在坩埚上沿的材料释放装置，所述材料释放装置连接材料释放装置的驱动机构。

进一步地，所述籽晶杆的投影位置在坩埚中心，投料架及胶囊架的直径根据坩埚的直径设置，保证多晶胶囊下开口完全处于坩埚的开口范围内。

进一步地，所述籽晶杆上设置凸台，籽晶杆的外形及环形多晶胶囊架中心孔的形状为匹配的多边形，与凸台一起形成托架和旋转配合机构。

进一步地，所述材料释放装置为加热线圈，所述加热线圈的直径与多晶胶囊的下开口大小匹配。

进一步地，所述多晶胶囊下开口设置盖板，盖板的一端通过转轴连接多晶胶囊的下端面，盖板的对端设置拨头；所述材料释放装置为拨杆。

本装置适用于磷化铟、砷化镓、磷化镓、磷锗锌、砷化铟等含有易挥发元素的化合物半导体材料。