一种基于VGF法的减少InP晶体孪晶的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于VGF法的减少InP晶体孪晶的装置，包括，外部的炉体以及内部的同轴坩埚，隔热屏，同轴放置于坩埚与隔热屏之间的单段式加热器，以及同轴放置于坩埚与单段式加热器之间的变截面筒状结构，用于在传导过程中沿轴线方向产生由上至下逐渐增大的热阻，进而形成均匀的轴向温度梯度，使底部的籽晶开始逐渐向上生长晶体。本实用新型专利技术避免了使用多段式加热时，段与段之间轴向温度与段内部轴向温度不连续、不均匀，减少此处温度起伏，进而减少孪晶的生长，且控制系统和方法简单。

A device for reducing InP crystal twins based on VGF method

The utility model discloses a device including InP crystal twin reduction based on VGF method, the external and internal coaxial furnace crucible, heat shield, single-stage coaxial heater placed between the crucible and the heat shield, variable cross-section and coaxial cylindrical structure placed between the crucible and the single section type heater for the thermal resistance in the conduction process, generated from top to bottom along the axial direction increases gradually, and the formation of the axial temperature gradient uniformity, the seed began to grow on the bottom of the crystal. The utility model avoids the use of multi-stage heating, between the paragraph and the internal temperature and axial temperature axial section to be uniform, and reduce the temperature fluctuation and reduce the twin here, growth, and control system and method.

【技术实现步骤摘要】
一种基于VGF法的减少InP晶体孪晶的装置
本技术属于半导体晶体生长装置
，具体地，特别涉及一种基于VGF法的减少InP晶体生长过程孪晶缺陷的晶体生长装置。
技术介绍
磷化铟(InP)是由III族元素铟(In)和V族元素磷(P)化合而成III-V族化合物半导体材料，是目前光电器件和微电子器件不可替代的半导体材料。与锗、硅材料相比，InP具有许多优点：直接跃迁型能带结构，具有高的电光转换效率；电子迁移率高，易于制成半绝缘材料，适合制作高频微波器件和电路；工作温度高；具有强的抗辐射能力；作为太阳能电池材料的转换效率高等。因此，InP被广泛应用在固态发光、微波通信、光纤通信、微波、毫米波器件、抗辐射太阳能电池等高
InP单晶是一种重要的光电子和微电子基础材料，用于制造光纤通信用的激光器、探测器、网络光通信用的集成电路以及高频微波器件等。实验研究已表明，由于磷化铟的堆剁层错能在常见的几种半导体材料中最低，在磷化铟单晶的生长过程中极易出现孪晶，严重地制约着成晶率的提高。因此，减少孪晶的产生一直是磷化铟单晶生长技术的研究重点。在实际应用中，由于用(100)晶向的磷化铟晶锭切割(100)面的晶片具有效率高、电学参数均匀等优点，可有效降低晶片的成本、提高晶体的质量，因此，生长(100)晶向磷化铟单晶的技术已成为磷化铟晶片大批量生产必须解决的关键技术。由于磷化铟晶体生长是在气压高达4MPa和温度为1070℃的条件下进行，由气流和熔体的对流造成的温度起伏很大。文献1：《提高(100)晶向磷化铟单晶的成晶率和质量的研究》-赵有文人工晶体学报第32卷第5期和文献2：《InfluenceofMeltconvectionontheInterfaceduringCzochralskiCrystalGrowth》-MillerW,RehseU,etalSolidstateEletron,2000,44指出为了减小坩埚内的熔体的温度起伏，提供一个恒定的温场，需减少熔体的径向和轴向温度梯度。图1是现有的基于垂直梯度凝固法(VGF)的晶体生长炉示意图。如图1所示，包括炉体1；多段式加热器2，用于加热多晶态磷化铟并提供晶体生长所需热能；以及位于炉体1侧壁和加热器2之间的隔热屏3，用于稳定热场，保持温度；内部放置有同轴坩埚5，坩埚5内部放置有多晶料4；用于液封的氧化硼6以及处于坩埚底部的籽晶7。其中，多段式加热器2由多段结构组成，例如，如图1显示，由2a、2b和2c三段组成。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，最终完成单晶生长实验。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。此外，因采用多段加热控温，为使底部籽晶的温度恒定，坩埚内的轴向温度梯度小，控制器需要控制每一段的加热功率，当与籽晶最接近的一段加热器加热功率变化时，其它段的加热器的加热功率要随之改变，使得控制系统和控制方法比较复杂。
技术实现思路
鉴于以上问题，本技术的目的是提供一种基于VGF法的减少InP晶体孪晶的装置，以实现生长容器内小的轴向和径向温度梯度，减少晶体生长过程中的温度起伏，从而减少孪晶的生长。为实现上述目的，本技术所述基于VGF法的减少InP晶体孪晶的装置，包括，外部的炉体以及内部的同轴坩埚，炉体侧壁与坩埚之间固定连接有隔热屏，坩埚内部放置有多晶料，底部放置有籽晶，坩埚下方安装有测温元件，多晶料上部放有氧化硼，还包括：单段式加热器，同轴放置于所述坩埚与所述隔热屏之间，与炉体固定连接，用于加热多晶态InP并提供拉晶所需热能；以及筒状结构，用于在传导过程中产生热阻，同轴放置于所述坩埚与所述单段式加热器之间，高度高于所述单段式加热器，垂直于轴线的剖截面为圆环状，壁面厚度沿轴线方向由上至下逐渐增加，产生的热阻由上至下逐渐增大。在生长单晶时，由单段式加热器加热多晶态InP并提供晶体生长所需热能，通过筒状结构产生由上至下增大的热阻，形成均匀的轴向温度梯度，使底部的籽晶开始逐渐向上生长晶体，最终完成单晶生长。优选的，筒状结构的壁面厚度沿轴线方向由上至下按1：10的线性比例逐渐增加，且最窄处厚度为10mm。优选的，筒状结构的上端面高于坩埚顶部，且固定连接有保温盖。进一步地，优选的，保温盖为中间薄，且由中心向周边逐渐增厚的变截面结构。进一步地，位于炉体顶部的上盖开有通孔，在保温盖的上表面固定连接有多个导柱，导柱穿过通孔与导柱驱动板固定连接；此外，炉体顶部的上盖安装有直线驱动器及配套的滑块，滑块与导柱驱动板固定连接；通过直线驱动器驱动滑块上下移动，带动筒状结构同步上下移动。优选的，保温盖的中心无导柱，导柱相对于保温盖的中心均匀分布，分布于保温盖的周边。优选的，在通孔内固定套有轴向密封元件，导柱可相对于轴向密封元件上下滑动。优选的，所述装置还包括控制器，用于根据测温元件所测温度来控制所述滑块上下移动。与现有技术相比，本技术具有的优点和有益效果如下：一、采用单段式加热器加热多晶态磷化铟，避免了使用多段式加热时，段与段之间轴向温度与段内部轴向温度不连续、不均匀，进而减少此处温度起伏；通过变截面结构的筒状结构产生热阻，且沿轴线由上至下热阻增大，形成均匀的轴向温度梯度，减少孪晶的生长；二、筒状结构可上下移动，便于形成籽晶生长界面的初始温度生长条件，减少熔体流动，利于籽晶向上生长晶体，减少孪晶缺陷；三、本技术只需要控制器根据测温元件的测温结果来控制筒状结构的上下移动，即可使籽晶温度恒定，且轴向温度梯度均匀，控制系统和方法简单。附图说明图1是现有的基于VGF法InP晶体生长炉的装置示意图；图2是本技术所述基于VGF法的减少InP晶体孪晶的装置优选实施例的示意图；图3是本技术所述筒状结构上移状态的装置示意图；图4为本技术所述保温盖的正面剖示图；图5是本技术所述保温盖的俯视图。在附图中，相同的附图标记指示相似或相应的特征或功能。具体实施方式结合附图，对本技术做进一步详细的描述。图2是本技术所述基于VGF法的减少InP晶体孪晶的装置优选实施例的示意图。如图2所示，本技术所述基于VGF法的减少InP晶体孪晶的装置，包括，外部的炉体1以及内部的同轴坩埚5，炉体1的侧壁与坩埚5之间固定连接有隔热屏3，坩埚5内部放置有多晶料4，底部放置有籽晶7，坩埚5下方安装有测温元件，为热电偶8，多晶料4上部放有氧化硼6用于液封，防止多晶料4高温离解，其中，炉体1为耐高压炉体，坩埚5为热解石英坩埚，隔热屏3为石英热屏，用于稳定热场。还包括：单段式加热器，为单段电阻式杯状加热器9，同轴放置于坩埚5与隔热屏3之间，与炉体1固定连接，用于加热多晶态InP并提供晶体生长所需热能；以及筒状结构10，用于在传导过程中产生热阻，同轴放置于坩埚5与单段式加热器9之间，高度高于单段电阻式杯状加热器9，垂直于轴线的剖截面为圆环状，壁面厚度沿轴线方向由上至下逐渐增加，产生的热阻由上至下逐渐增大。单段电阻式杯状加热器9的加热方式是均匀加热，单纯在单段电阻式杯状加热器9的作用下加热，多晶料4熔体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于VGF法的减少InP晶体孪晶的装置，包括，外部的炉体以及内部的同轴坩埚，炉体侧壁与坩埚之间固定连接有隔热屏，坩埚内部放置有多晶料，底部放置有籽晶，坩埚下方安装有测温元件，多晶料上部放有氧化硼，其特征在于，还包括：单段式加热器，同轴放置于所述坩埚与所述隔热屏之间，与炉体固定连接，用于加热多晶态InP并提供晶体生长所需热能；以及筒状结构，用于在传导过程中产生热阻，同轴放置于所述坩埚与所述单段式加热器之间，高度高于所述单段式加热器，垂直于轴线的剖截面为圆环状，壁面厚度沿轴线方向由上至下逐渐增加，产生的热阻由上至下逐渐增大。

【技术特征摘要】
1.一种基于VGF法的减少InP晶体孪晶的装置，包括，外部的炉体以及内部的同轴坩埚，炉体侧壁与坩埚之间固定连接有隔热屏，坩埚内部放置有多晶料，底部放置有籽晶，坩埚下方安装有测温元件，多晶料上部放有氧化硼，其特征在于，还包括：单段式加热器，同轴放置于所述坩埚与所述隔热屏之间，与炉体固定连接，用于加热多晶态InP并提供晶体生长所需热能；以及筒状结构，用于在传导过程中产生热阻，同轴放置于所述坩埚与所述单段式加热器之间，高度高于所述单段式加热器，垂直于轴线的剖截面为圆环状，壁面厚度沿轴线方向由上至下逐渐增加，产生的热阻由上至下逐渐增大。2.根据权利要求1所述的基于VGF法的减少InP晶体孪晶的装置，其特征在于，所述筒状结构的上端面高于所述坩埚顶部，且固定连接有保温盖。3.根据权利要求2所述的基于VGF法的减少InP晶体孪晶的装置，其特征在于，所述保温盖为中间薄，且由中心向周边逐渐增厚的变截面结构。4.根据权利要求2或3所述的基于VGF法的减少InP晶体孪晶的装置，其特征在于，位于所述炉体顶部的上盖开有通孔，所述保温盖的上表面固定连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨翠柏，方聪，杨光辉，
申请(专利权)人：珠海鼎泰芯源晶体有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44