[发明专利]一种利用铟磷混合物制备磷化铟晶体的系统

说明书

本发明一种利用铟磷混合物制备磷化铟晶体的系统，本发明属于半导体技术领域，包括真空系统、充放气系统、温度与压力控制系统、电气控制系统、冷却循环系统、称重系统和炉体，炉体上设置有坩埚杆旋转升降机构和籽晶杆升降机构，关键在于：所述炉体分隔为合成生长室、投料室及装料室，装料室和投料室借助插板分隔，装料室内设置翻转投料器，投料室内设置送料管，送料管一端对接翻转投料器，一端延伸至合成生长室内的坩埚内形成铟磷混合球投送结构；坩埚定位在坩埚杆上，籽晶杆升降机构设置在合成生长室顶盖上。可将铟磷混合球快速投入到覆盖有液态氧化硼的坩埚中，合成后后，原位提拉形成磷化铟晶体，合成速度更快，利于产业化生产。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及磷化铟的制备，具体涉及利用铟磷混合球合成磷化铟的方法。

背景技术

磷化铟（InP）是由III族元素铟（In）和V族元素磷（P）化合而成的III-V族化合物半导体材料，在半导体材料领域具有非常重要的战略性地位，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等材料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技术领域。随着能带工程理论、超薄材料工艺技术及深亚微米制造技术的进展，InP也越来越显示出其在高端微波、毫米波电子器件和光电子器件方面的优势，成为毫米波高端器件的首选材料，受到广泛的重视，开发应用前景非常广阔。高端InP基微电子和光电子器件的实现取决于具有良好完整性、均匀性和热稳定性的高质量InP单晶的制备。高纯、不同熔体配比、无夹杂的InP多晶料是生产高质量InP单晶及进行InP相关特性研究的前提条件。InP单晶的很多特性都与起始原料，即多晶材料的特性相关，如多晶材料的配比度、材料的纯度。多晶材料的特性对晶体生长、晶体的电学表现、晶体的完整性、均匀性等都有很大的影响。

目前，几种常用的合成InP多晶料的方法及其存在的问题如下：

（1）水平Bridgman法（HB）和水平梯度凝固法（HGF）：采用水平Bridgman法（HB）和水平梯度凝固法（HGF）合成InP材料，从工艺上讲，合成量越大则合成时间越长，一般用HB/HGF技术合成1.5KgInP多晶需24h左右，因此Si的沾污也越明显（其来源是石英管壁）。

（2）磷注入法合成技术：磷注入法合成技术是将气化的磷蒸气注入到铟熔体中，加速磷气体与铟熔体的接触面积、并通过坩埚旋转增加铟熔体内的对流，加快溶质扩散层中溶质的扩散，从而加快合成过程。由于该方法是依靠石英磷容器的内外压强差来注入磷蒸气，一旦压强差控制不当，很容易发生炸泡；另一方面，部分磷蒸气不被铟熔体吸收，一方面影响合成效果，另一方面，损失的磷蒸气挥发至炉体中，给炉体清洗带来很大的麻烦。而且其对合成系统中的热场控制要求非常高。

上述的水平Bridgman法（HB）、水平梯度凝固法（HGF）及超高压直接合成技术等合成方法，都是先在合成炉中进行InP合成，然后将合成的InP多晶料从合成炉中取出，对多晶材料进行清洗腐蚀处理，然后再装入高压单晶炉内进行InP单晶生长。合成与晶体生长是采用“两步”法进行的，这就大大增加了材料被沾污的可能性，并且增加了材料制备成本。

发明内容

本发明提供了一种利用铟磷混合物制备磷化铟的系统，可以将铟磷混合球快速投入到覆盖有液态氧化硼的坩埚中，待达到所需的合成量后，对铟-磷熔体提拉形成磷化铟晶体，可使合成速度更快，降低控制要求，利于产业化生产。