[发明专利]一种能降低污染的InSb单晶生长热场装置及生长方法

说明书

本发明涉及一种能降低污染的InSb单晶生长热场装置，包括单晶生长坩埚体和保温模块，单晶生长坩埚体包括石墨坩埚，石墨坩埚的内侧和外侧均固定安装石英坩埚层，石英坩埚层将石墨坩埚密封包裹在其内部；保温模块包括石英密封罩体，石英密封罩体内部密封设置保温碳毡；还包括惰性气体输送管，惰性气体输送管其出口位于单晶生长坩埚体的表面开口处，使得惰性气体输送管内的惰性气体经加热后吹散在液面和晶体表面，降低单晶生长坩埚体内的温度梯度；本发明消除了污染源，提高了单晶生长环境的清洁度；特殊的气体输送管路能减少液面和晶体表面的温度梯度，能生长出高质量低位错密度的单晶。

技术领域

本发明属于半导体晶体生长装置技术领域，尤其涉及一种能降低污染的InSb单晶生长热场装置及生长方法。

背景技术

InSb是一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，具有禁带宽度窄、电子有效质量小和电子迁移率高的特点，其迁移率在室温时为50000cm²/V·s，在77K时可达到10⁶cm²/V·s，这样高的迁移率决定了InSb为衬底制备的红外探测器具有量子效率高、响应快的特点。

为了得到高迁移率的InSb单晶，就需要提高单晶材料的纯度，降低杂质、缺陷的影响。研究发现，杂质主要是氧化物如GaO、Sb₂O₃、Sb₂O₅及碳杂质形成的受主缺陷等。O、C等杂质主要来源于使用的In、Sb元素以及发热体、保温罩等材料，而目前市面上采购的In、Sb元素的纯度能达到6.5N以上，可以满足高纯单晶生长的需要，所以作为发热体的石墨坩埚以及保温碳毡材料是O、C等杂质污染的主要来源。此外，直拉单晶制造法生长单晶由于温度梯度大，长出来的单晶应力大、位错高，因此需要降低热场的温度梯度，以长出高质量的单晶。

发明内容

本发明提供一种能降低污染的InSb单晶生长热场装置，采用将石墨坩埚和保温碳毡密封在石英夹层的方式，消除污染源，提高单晶生长环境的清洁度，并采用特殊的惰性气体输送管路，将惰性气体加热以后分散吹在液体和晶体表面，减小液面和晶体的温度梯度，从而生长出高质量的InSb单晶。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种能降低污染的InSb单晶生长热场装置，包括单晶生长坩埚体和保温模块，所述单晶生长坩埚体位于所述保温模块内部；

所述单晶生长坩埚体包括石墨坩埚，所述石墨坩埚的内侧和外侧均固定安装石英坩埚层，所述石英坩埚层将所述石墨坩埚密封包裹在其内部，且所述石墨坩埚所在空间是真空环境；

所述保温模块包括石英密封罩体，所述石英密封罩体内部密封设置保温碳毡；

还包括惰性气体输送管，所述惰性气体输送管穿过所述保温模块，位于所述保温模块内部的惰性气体输送管盘旋缠绕，其出口位于所述单晶生长坩埚体的表面开口处，使得惰性气体输送管内的惰性气体经加热后吹散在液面和晶体表面，降低单晶生长坩埚体内的温度梯度。

进一步的，所述石墨坩埚为经过高真空烧结除杂处理。

进一步的，所述惰性气体输送管从石英密封罩体底部开槽处伸进来，然后向上弯折，在末端环绕形成环形结构，且环形结构上设有若干出气孔，使得惰性气体环绕分散吹在液面和晶体表面。

进一步的，还包括底托，所述底托固定安装在所述单晶生长坩埚体的底部。

进一步的，还包括支撑座，所述支撑座与所述底托能配合安装，实现对所述单晶生长坩埚体的支撑。

进一步的，还包括单晶炉，所述单晶生长坩埚体和保温模块位于单晶炉内，所述单晶炉上设有开关炉门，所述单晶炉上设有惰性气体进出结构，使得惰性气体能够对单晶炉内空气进行置换。