[其他]新型水平滑动石墨舟

说明书

本实用新型属于半导体光电子学领域的半导体工艺设备的改进。

由于光电器件已广泛采用化合物半导体材料，促进了对生长多层单晶薄膜的工艺及其设备的研究，目前普遍采用液相外延生长方法。外延生长过程中连续生长组分，掺杂类型不同的外延层，为此一种多熔池水平滑动石墨舟的结构已被广泛采用。传统的水平滑动石墨舟的结构如图1所示，由石墨舟体〔1〕，石墨滑轨〔2〕，石墨舟托〔3〕所组成。石墨舟体上有六个矩形（如需要还可更多）熔液池，石墨滑轨上有两个供放置先行籽晶和衬底用的槽，石墨舟体与石墨滑块镶嵌在石墨舟托内，使石墨舟体在石墨舟滑轨上滑动即可使先行籽晶和衬底与熔液接触。（见《Heterestructuro    Lasers》part    B    P121）

液相外延晶体生长严格依赖于温度与熔解度的关系，温度可由精密液相外延炉控制在±0.1℃，因而要可重复地生长晶格匹配的单晶层还需对熔液中各种组份熔质量和溶剂量的精确控制。微量精密天平可把这些量控制在±0.1mg范围内。

然而传统的石墨舟熔池水平截面的内边界是矩形，由于液体状态下的金属熔剂与石墨舟是不侵润的，这样位于熔池中的液态金属熔剂在自由状态下呈球状，其水平截面是园形。因此在熔池矩形边界和熔剂园形边界之间存在着缝隙区，于是在填加熔质和掺杂剂时会有一些颗粒落在缝隙区，结果并非所有的熔质被溶剂包融，致使溶液的饱和度发生变化，甚至出现欠饱和状态，其结果影响到外延层的厚度和表面形貌，结线的平直度，晶格匹配以及掺杂浓度，使外延生长不能重复进行，甚至失败。另外缝隙区的微小颗粒还会在石墨舟滑动时损坏石墨舟，使石墨舟的寿命缩短。

本实用新型为解决上述传统石墨舟产生的缺点，设计出一种新型的用于液相外延的水平滑动石墨舟。由舟体〔4〕，衬底托板〔5〕，滑动熔液池板〔6〕及溶池盖〔7〕所组成，其特征在于滑动溶液池板上有多个溶液池〔8〕，其水平截面的内边界是园形，园形直径d由公式m= (πd＇³)/6 D（1）求出d′，使d＝d′，式中m为溶液池内熔剂的质量，D为熔剂的密度，d′为熔剂呈球状时的直径。这样溶液池水平截面内边界与金属溶液的水平截面外边界密合，当添加熔质和掺杂剂时，即使非常小的颗粒也不能到达缝隙区，而全部处于熔剂的包融之中，从而准确地保证了液相外延生长的重要参数——过饱和度的精度，使外延生长的质量得以保证。由于熔剂球受重力影响呈扁球状，水平截面直径略大于公式〔1〕中的d′，因此溶液池直径也可略大于d。石墨舟全部构件均选用高纯度、高密度、高强度石墨。

本实用新型的一个实施例如附图2所示，是由石墨舟体〔4〕，石墨衬底托板〔5〕，滑动溶液池板〔6〕及溶液池盖〔7〕等组成。舟体〔4〕为长条石墨槽、衬底托板〔5〕放在槽底部与其紧配合，托板〔5〕开有一浅槽用来放置衬底，滑动溶液池板〔6〕放在衬底托板〔5〕上，溶液池板〔6〕与舟体〔4〕上顶边滑动配合，可在舟体内滑动，溶液池板有五个园柱形通孔为溶液池〔8〕，孔直径根据放1克镓（Ga）溶液来计算，Ga的密度D＝5.91，由公式（1）求出在自由状态下1克Ga球体直径为0.69Cm，考虑到重力影响，实际加工溶液池直径为0.7Cm左右，但不能超过0.8Cm。当池内放入1克Ga后，Ga在一温度下熔化，呈扁球状与池内边界密合，然后加入精确称重的熔质和掺杂剂，这些熔质和掺杂剂颗粒则会完全被Ga溶液所包溶，最后在池上加熔池盖，推动滑动溶池板，使各溶液池按予定程序依次通过衬底，完成各层晶体的生长。

实验表明，这种舟生长的外延片表面光亮，结线平整，晶格匹配，从而大大提高了光电器件的成品率。

附图说明：

附图1为传统水平滑动石墨舟结构示意图。

附图2为本实用新型设计的水平滑动石墨舟结构图。