本发明专利技术提供了一种III‑V族半导体晶体的生长装置，包括：石英管(1)，所述石英管包括上部的圆柱等径区(1‑1)、中部的倒锥形扩肩区(1‑2)以及底部的圆柱籽晶区(1‑3)；设置于所述石英管内部的坩埚(2)，所述坩埚包括上部的圆柱等径区(2‑1)、中部的倒锥形扩肩区(2‑2)以及底部的锥形籽晶区(2‑3)；设置于所述石英管的圆柱等径区的上方内侧壁的石英支撑环(4)；设置于所述石英支撑环上的石英槽(3)，所述石英槽(3)的中心位置设置有开口。
【技术实现步骤摘要】
本申请要求于2016年6月3日提交中国专利局、申请号为201610311568.4、专利技术名称为“一种III-V族半导体晶体的生长装置及生长方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
本专利技术属于半导体材料
，具体涉及一种III-V族半导体晶体的生长装置及生长方法。
技术介绍
随着光纤通信、高速电子器件、高效太阳能电池以及激光二极管的快速发展，III-V族半导体晶体，例如砷化镓、磷化镓、砷化铟、磷化铟及它们的固溶体单晶的应用越来越广泛，极大地促进了III-V族半导体晶体生长技术的发展。目前，III-V族半导体晶体的生长方法主要包括液封直拉法(LEC)，垂直下降法(VB)，水平布里奇曼法(HB)与垂直梯度凝固法(VGF)等。其中，VGF法因为原料利用率高、位错密度小、生长设备简单，生长方法容易等，逐渐成为高品质III-V族半导体晶体的主流生长方法。传统的VGF法，需要采用预先合成的III-V族半导体多晶料作为原料。多晶料经过合成、切割、清洗之后，装入晶体生长炉内完成晶体生长。整个流程较长，而且容易造成原料的污染和损耗，不利于晶体品质的控制。日本住友电气工业株式会社公布的专利JPH02283690A、JPS605093A、JPH06219885A中，提出了一种原位合成III-V族半导体晶体的方法及装置。采用该装置及晶体生长方法，可以采用III族元素和V族元素为原料，直接合成多晶并原位完成半导体晶体的生长。这三篇专利中，均采用III族元素在上，V族元素在下的结构。这种结构设计，不仅炉体结构复杂，长晶控制稳定性也会受到影响。专利技术内容有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种III-V族半导体晶体的生长装置及生长方法，本专利技术提供的生长装置炉体结构简单，并且得到的晶体稳定性较好。本专利技术提供了一种III-V族半导体晶体的生长装置，包括：石英管(1)，所述石英管包括上部的圆柱等径区(1-1)、中部的倒锥形扩肩区(1-2)以及底部的圆柱籽晶区(1-3)；设置于所述石英管内部的坩埚(2)，所述坩埚包括上部的圆柱等径区(2-1)、中部的倒锥形扩肩区(2-2)以及底部的锥形籽晶区(2-3)；设置于所述石英管的圆柱等径区的上方内侧壁的石英支撑环(4)；设置于所述石英支撑环上的石英槽(3)，所述石英槽(3)的中心位置设置有开口。优选的，所述坩埚的圆柱等径区(2-1)的外壁与所述石英管的圆柱等径区(1-1)的内壁贴合，所述坩埚的倒锥形扩肩区(2-2)的外壁与所述石英管的倒锥形扩肩区的内壁贴合(1-2)。优选的，所述石英管(1)与所述坩埚(2)同轴设置。优选的，所述石英管(1)上边沿与所述石英支撑环(4)的垂直距离为50mm～200mm；所述坩埚(2)上边沿与所述石英支撑环的垂直距离为15～25mm。优选的，所述石英管(1)的壁厚为2～5mm；所述石英管的圆柱等径区(1-1)的内径为55～260mm，所述石英管的圆柱等径区(1-1)的高度为150～500mm；所述石英管的倒锥形扩肩区(1-2)的侧壁与垂直方向的夹角为30～60度，所述石英管的倒锥形扩肩区(1-2)的高度为20～200mm；所述石英管的圆柱籽晶区(1-3)的内径为6～12mm，所述石英管的圆柱籽晶区(1-3)的高度为30～60mm。优选的，所述坩埚(2)壁厚为0.5～1.5mm；所述坩埚的圆柱等径区(2-1)的内径为50～250mm，所述坩埚的圆柱等径区(2-1)的高度为100～300mm；所述坩埚的倒锥形扩肩区(2-2)的侧壁与垂直方向的夹角为30～60度，所述坩埚的倒锥形扩肩区(2-2)的高度为20～200mm；所述坩埚的锥形籽晶区(2-3)的顶部内径为2～6mm，所述坩埚的锥形籽晶区(2-3)的底部内径为4～8mm，坩埚的锥形籽晶区(2-3)的高度为25～55mm。优选的，所述石英支撑环(4)的厚度为2～5mm，所述石英支撑环(4)的宽度为5～20mm。优选的，所述石英槽(3)的厚度为2～5mm，所述石英槽(3)的侧壁的高度为20～100mm，所述开口的内径为10～50mm。本专利技术还提供了一种上述生长装置生长III-V族半导体晶体的方法，包括以下步骤：A)将锥形籽晶置于坩埚底部的锥形籽晶区(2-3)，将第III主族元素置于坩埚上部的圆柱等径区(2-1)以及中部的倒锥形扩肩区(2-2)，将第V主族元素置于石英槽(3)中，得到装有原料的III-V族半导体晶体的生长装置；B)将上述生长装置抽真空后密封，置于长晶炉中升温长晶，得到III-V族半导体晶体。优选的，所述锥形籽晶顶端与所述坩埚底部的锥形籽晶区的顶端的垂直距离为5～15mm。与现有技术相比，本专利技术提供了一种III-V族半导体晶体的生长装置，包括：石英管(1)，所述石英管包括上部的圆柱等径区(1-1)、中部的倒锥形扩肩区(1-2)以及底部的圆柱籽晶区(1-3)；设置于所述石英管内部的坩埚(2)，所述坩埚包括上部的圆柱等径区(2-1)、中部的倒锥形扩肩区(2-2)以及底部的锥形籽晶区(2-3)；设置于所述石英管的圆柱等径区的上方内侧壁的石英支撑环(4)；设置于所述石英支撑环上的石英槽(3)，所述石英槽(3)的中心位置设置有开口。本专利技术提供的III-V族半导体晶体生长装置，采用III族元素在下，V族元素在上的设计模式。将V族元素放在石英管内，坩埚的上方，不仅可以节省空间、简化炉体结构，而且有助于更好的控制晶体生长。附图说明图1为本专利技术提供的III-V族半导体晶体的生长装置示意图；图2为本专利技术提供的III-V族半导体晶体长晶时与III-V族半导体晶体的生长装置对应的温度梯度分布图。具体实施方式本专利技术提供了一种III-V族半导体晶体的生长装置，包括：石英管(1)，所述石英管包括上部的圆柱等径区(1-1)、中部的倒锥形扩肩区(1-2)以及底部的圆柱籽晶区(1-3)；设置于所述石英管内部的坩埚(2)，所述坩埚包括上部的圆柱等径区(2-1)、中部的倒锥形扩肩区(2-2)以及底部的锥形籽晶区(2-3)；设置于所述石英管的圆柱等径区的上方内侧壁的石英支撑环(4)；设置于所述石英支撑环上的石英槽(3)，所述石英槽(3)的中心位置设置有开口。参见图1，图1为本专利技术提供的III-V族半导体晶体的生长装置示意图，图1中，1为石英管，1-1为石英管的圆柱等径区，1-2为石英管的倒锥形扩肩区，1-3为石英管的圆柱籽晶区，2为坩埚，2-1为坩埚的圆柱等径区，2-2为坩埚的倒锥形扩肩区，2-3为坩埚的锥形籽晶区，3为石英槽，4为石英支撑环，5为第V主族元素，6为第III主族元素，7为锥形籽晶。本专利技术提供的III-V族半导体晶体的生长装置包括石英管(1)，所述石英管包括上部的圆柱等径区(1-1)、中部的倒锥形扩肩区(1-2)以及底部的圆柱籽晶区(1-3)。在本专利技术的一些具体实施方式中，所述石英管(1)的壁厚优选为2～5mm；所述石英管的圆柱等径区(1-1)的内径优选为55～260mm，所述石英管的圆柱等径区(1-1)的高度优选为150～500mm；所述石英管的倒锥形扩肩区(1-2)的侧壁与垂直方向的夹角优选为30～60度，所述石英管的倒锥形扩肩区(1-2)的高度优选为20～200mm；所述石英管的圆柱籽晶本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种III‑V族半导体晶体的生长装置，其特征在于，包括：石英管(1)，所述石英管包括上部的圆柱等径区(1‑1)、中部的倒锥形扩肩区(1‑2)以及底部的圆柱籽晶区(1‑3)；设置于所述石英管内部的坩埚(2)，所述坩埚包括上部的圆柱等径区(2‑1)、中部的倒锥形扩肩区(2‑2)以及底部的锥形籽晶区(2‑3)；设置于所述石英管的圆柱等径区的上方内侧壁的石英支撑环(4)；设置于所述石英支撑环上的石英槽(3)，所述石英槽(3)的中心位置设置有开口。
【技术特征摘要】
2016.06.03 CN 20161031156841.一种III-V族半导体晶体的生长装置，其特征在于，包括：石英管(1)，所述石英管包括上部的圆柱等径区(1-1)、中部的倒锥形扩肩区(1-2)以及底部的圆柱籽晶区(1-3)；设置于所述石英管内部的坩埚(2)，所述坩埚包括上部的圆柱等径区(2-1)、中部的倒锥形扩肩区(2-2)以及底部的锥形籽晶区(2-3)；设置于所述石英管的圆柱等径区的上方内侧壁的石英支撑环(4)；设置于所述石英支撑环上的石英槽(3)，所述石英槽(3)的中心位置设置有开口。2.根据权利要求1所述的生长装置，其特征在于，所述坩埚的圆柱等径区(2-1)的外壁与所述石英管的圆柱等径区(1-1)的内壁贴合，所述坩埚的倒锥形扩肩区(2-2)的外壁与所述石英管的倒锥形扩肩区的内壁贴合(1-2)。3.根据权利要求1所述的生长装置，其特征在于，所述石英管(1)与所述坩埚(2)同轴设置。4.根据权利要求1所述的生长装置，其特征在于，所述石英管(1)上边沿与所述石英支撑环(4)的垂直距离为50mm～200mm；所述坩埚(2)上边沿与所述石英支撑环的垂直距离为15～25mm。5.根据权利要求1所述的生长装置，其特征在于，所述石英管(1)的壁厚为2～5mm；所述石英管的圆柱等径区(1-1)的内径为55～260mm，所述石英管的圆柱等径区(1-1)的高度为150～500mm；所述石英管的倒锥形扩肩区(1-2)的侧壁与垂直方向的夹角为30～60度，所述石英管的倒锥形扩肩区(1-2)的高度为20～200mm；所述石英管的圆柱籽...
【专利技术属性】
技术研发人员：狄聚青，朱刘，
申请(专利权)人：广东先导稀材股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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