[实用新型]一种氧化铝陶瓷坩埚及其使用结构

说明书

本实用新型公开了一种氧化铝陶瓷坩埚及其使用结构，一种氧化铝陶瓷坩埚，包括氧化铝陶瓷坩埚、氧化铝陶瓷封帽、硅酸铝陶瓷纤维密封垫片和硅酸铝陶瓷纤维纸层；氧化铝陶瓷坩埚包括从下到上依次相接的籽晶腔、锥部和体部，体部顶部为敞口结构，氧化铝陶瓷封帽螺纹连接在体部顶部，陶瓷纤维密封垫片设在氧化铝陶瓷封帽螺和体部顶部之间；硅酸铝陶瓷纤维纸层活动铺设在氧化铝陶瓷坩埚内侧。本实用新型生长单晶时，用氧化铝陶瓷坩埚替代石英坩埚，不需要石英氢氧焰焊封，也不需要在VGF单晶炉内充入氮气平衡压力，降低了生产成本；通过的硅酸铝陶瓷纤维纸的设置，极大的程度上提高了单晶炉温场的稳定性，降低了磷化铟单晶的位错密度，提高了成晶率。

技术领域

本实用新型涉及一种氧化铝陶瓷坩埚及其使用结构，属于InP单晶生长的技术领域。

背景技术

磷化铟(InP)是重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料之一，是继Si、GaAs之后的新一代电子功能材料。GaAs、InP等具有Ge、Si所不具备的优越特性(如电子迁移率高、禁带宽度大等等)，可以在微波及光电器件领域有广泛的应用。InP材料适于制造毫米波变频器件，可广泛应用于雷达通信，精确制导，InP基微波器件是新一代卫星通信和精确制导的关键元器件，它直接决定武器装备系统的快速反应能力。

目前获得InP单晶材料的方法主要是垂直温度梯度凝固(VGF)法，首先将磷化铟多晶料进行清洗后与掺杂剂、B₂O₃液封剂、高纯红磷、籽晶等装入清洗好的PBN坩埚中，再一起放入石英坩埚中，使用分子真空泵将石英坩埚内部抽至真空，用氢氧焰将抽至真空的石英坩埚密封；采用多段加热结构的加热器，建立垂直方向的温度梯度，将磷化铟多晶料熔化，控制各温区的降温速度，使生长界面缓慢向上移动，实现磷化铟定向凝固生长。在进行磷化铟单晶生长时，随着温度上升，配料时装入的高纯红磷将升华成红磷蒸汽，在石英坩埚内部产生2.75Mpa的压力，需要在压力容器内充入略高于2.75Mpa的氮气或氩气平衡压力。

在单晶炉内充入的氮气在高温高压条件下产生剧烈的气体对流，造成温场的温度产生较大的波动起伏，获得的单晶位错密度高，晶体内部易生长细小的孪晶，成晶率不高，并且使用后的石英管、石英帽等立即报废，使市场上大尺寸高质量的衬底价格始终居高不下。并且石英管使用氢氧焰焊封后焊道位置存在应力，在高温高压条件下石英管容易产生裂缝导致裂管，造成磷化铟多晶料离解，大量红磷燃烧损坏单晶炉，延误生产。

实用新型内容

本实用新型提供一种氧化铝陶瓷坩埚及其使用结构，能够有效改善目前磷化铟单晶生长工艺中位错密度高、成晶率低、成本高昂等缺点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种氧化铝陶瓷坩埚，包括氧化铝陶瓷坩埚、氧化铝陶瓷封帽、硅酸铝陶瓷纤维密封垫片和硅酸铝陶瓷纤维纸层；氧化铝陶瓷坩埚包括从下到上依次相接的籽晶腔、锥部和体部，体部顶部为敞口结构，氧化铝陶瓷封帽螺纹连接在体部顶部，陶瓷纤维密封垫片设在氧化铝陶瓷封帽螺和体部顶部之间；硅酸铝陶瓷纤维纸层活动铺设在氧化铝陶瓷坩埚内侧。

上述氧化铝陶瓷坩埚，氧化铝陶瓷封帽螺纹连接在铝陶瓷坩埚上，氧化铝陶瓷封帽可反复使用，显著降低了制备成本，同时无需焊缝，避免了现有工艺石英管开裂造成的原辅料和设备损失，延长了设备使用寿命；通过硅酸铝陶瓷纤维密封垫片的设置，确保了氧化铝陶瓷坩埚和氧化铝陶瓷封帽之间的密封性；通过硅酸铝陶瓷纤维纸层的设置，可有效改善PBN坩埚和外层坩埚的贴合状态，极大的程度上提高了单晶炉温场的稳定性，单晶制备过程中无需充入氮气或氩气平衡压力，降低了磷化铟单晶的位错密度，提高了成晶率，获得了大尺寸高质量的磷化铟衬底。

为了提高氧化铝陶瓷封帽和铝陶瓷坩埚的连接稳定性和密封性，体部顶部外围设有外螺纹，氧化铝陶瓷封帽底部设有与体部上外螺纹相互匹配的内螺纹；硅酸铝陶瓷纤维密封垫片包括第一密封垫片和第二密封垫片，第一密封垫片套在体部外螺纹的底部，第二密封垫片置于氧化铝陶瓷封帽内螺纹的顶部。