[实用新型]温度梯度法生长晶体的气体集束装置

说明书

温度梯度法生长晶体的气体集束装置，涉及半导体材料制备技术领域。本实用新型包括晶体生长装置、高压气体供应装置、进气支路和放气支路，高压气体供应装置与进气支路连接，数个晶体生长装置并联在进气支路和放气支路上。本实用新型将原本每台生长炉旁的高压气罐集中放置，当高压气罐内气体余量不足时，可集中或单独更换气体；通过供气调压阀控制进气支管内的气压，通过进气调压阀控制生长炉内的气压，使生长炉在工作过程中平稳有效地补充气体；在晶体生长过程中，充入生长炉内的气体，先经过加热炉预热，而后缓慢补充至生长炉内，使炉内的热场更为稳定，避免了温度较低的气体直接进入生长炉。

技术领域

本实用新型涉及半导体材料制备技术领域，尤其是一种气压稳定、补气方便，炉内热场稳定的温度梯度法生长晶体的气体集束装置。

背景技术

Ⅲ-Ⅴ族半导体材料如磷化铟（InP）、磷化镓（GaP）在达到熔点时，磷的离解压很大，分别是2.7MPa和3.5MPa，所以，对于离解压很大的化合物半导体材料，合成多晶或生长单晶均需要在很高的气压中进行。目前温度梯度法已成为生长Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的主要方法之一。

例如InP材料，其多晶生长主要使用水平温度梯度凝固法（HGF），单晶生长则主要使用垂直温度梯度凝固法（VGF）或垂直布里奇曼法（VB）。这几种晶体生长的方法都是将所需原料封装于安瓿瓶内，高温下，安瓿瓶内红磷挥发，产生磷蒸气压，而对应的安瓿瓶外部则同样需要加压，以保持安瓿瓶内外气压平衡，避免炸管。由于需要高压环境，所以供气装置的安全性、可控性和稳定性对晶体生长十分重要。

在晶体生长中，高压气体主要使用氩气或氮气，由于生长晶体的高压容器内已具有较高的压力，一般要求供气气瓶内的高压气体压力需在4MPa以上，才能使气体顺利进入生长炉内。一般的大型气体储罐只有约1MPa的压力，无法满足气压要求。此外，温度梯度法长晶炉内大部分体积已被保温介质填充，所需高压气体量小，也不适用于使用大型气体储存罐来储存高压气体，所以用于温度梯度法晶体生长的高压气体都需要储存在小型高压气瓶内。传统的气体供应方式为每台生长炉对应一瓶高压气瓶，在晶体生长过程中，通过单个调压阀进行气压控制。当生长炉内气压低于指定气压，则调压阀开通，气瓶内的氮气进入生长炉内补压，补至上限气压后停止补气。这种供气方式的缺点是：1）每台生长炉对应需要一瓶高压气瓶，工作人员需要将每一瓶高压瓶搬运至生长炉旁固定，当气体用完后又需要更换；2）晶体生长中，为了保持恒定的压力，高压气瓶内的气体通过调压阀进入生长炉内，由于高压瓶内的气体温度低，进入生长炉容易造成生长炉内热场温度波动，不利于晶体生长。

发明内容

本实用新型所要解决的就是现有温度梯度法中，长晶炉采用单一气瓶供气，更换不便，且气瓶内气体温度低，造成热场温度波动的问题，提供一种气压稳定、补气方便，炉内热场稳定的温度梯度法生长晶体的气体集束装置。

本实用新型的温度梯度法生长晶体的气体集束装置，其特征在于该集束装置包括晶体生长装置、高压气体供应装置、进气支路和放气支路，高压气体供应装置与进气支路连接，数个晶体生长装置并联在进气支路和放气支路上；高压气体供应装置包括气罐集束架、高压气罐，晶体生长装置包括加热炉和生长炉；气罐集束架为方形架，数罐高压气罐放置在气罐集束架内，数罐高压气罐并联在进气支路上，加热炉通过气体管道与进气支路、放气支路连接，生长炉通过气体管道与加热炉连接。

高压气罐内的气体通过进气支路分别进入每个晶体生长装置的加热炉中，通过加热炉加热后进入生长炉内，保证生长炉内的热场稳定，数个高压气罐并联，可以提供稳定的反应气体。

所述的数罐高压气罐上设置有压力计，通过压力计实时监控高压气体供应装置的气压量，当压力计压力降低时，观察每个高压气罐的压力，通过每个高压气罐自身的阀门单独关闭气量不足的单个高压气罐，便于更换。

所述的高压气体供应装置上还设置有供气调压阀，供气调压阀安装在高压气体供应装置与进气支路的气体管道上，通过供气调压阀调整进入进气支路的气体压力，为晶体生长装置提供稳定的气压。