[发明专利]一种VGF法制备砷化镓晶体的装置及方法

说明书

本发明提供了一种VGF法制备砷化镓晶体的装置及方法，该装置包括：VGF炉体，所述VGF炉体内部设有石英管和设置在所述石英管外侧加热器；所述石英管由上下两部分管体组成，其中上部管体的直径大于下部管体的直径；所述上部管体设有与所述上部管体的直径相匹配的第一PBN坩埚，所述下部管体设有与所述下部管体的直径相匹配的第二PBN坩埚；贯穿所述VGF炉体底部的支撑体；与所述支撑体相连的升降平台，所述升降平台设有与所述VGF炉体底部相连的所述旋转轴。本发明提供的VGF法制备砷化镓晶体的装置通过改进石英管结构，减少一次密封，并提高PBN坩埚的使用寿命，因此该装置稳定性好、长晶成品率高；同时通过改进VGF炉体结构，制备得到的砷化镓晶体长度大且缺陷少。

技术领域

本发明涉及砷化镓晶体生长技术领域，更具体地说，是涉及一种VGF法制备砷化镓晶体的装置及方法。

背景技术

砷化镓(GaAs)是继Ge、Si之后的第二代半导体材料。GaAs拥有一些较Si还要好的电子特性，使得GaAs可以用在高于250GHz的场合，如果等效的GaAs和Si元件同时都操作在高频时，GaAs会产生较少的噪音；也因为GaAs有较高的崩溃压，所以GaAs比同样的Si元件更适合操作在高功率的场合。因此，GaAs电路可以应用在移动电话、卫星通讯、微波点对点连线、雷达系统等领域，具有广阔的发展前景。

传统用于大量生产GaAs晶体的方法有液封直拉法(LEC法)和水平舟生产法(HB法)。同时，研究人员也开发了兼具以上两种方法优点的垂直梯度凝固法(VGF法)、垂直布里奇曼法(VB法)和蒸汽压控制直拉法(VCG法)，并成功制备出4～6英寸大直径的GaAs晶体。

目前，成熟的VGF法GaAs单晶生长技术是将GaAs多晶料装入热解氮化硼(PBN)坩埚中，再通过抽真空等方法将GaAs多晶料进行密封，并通过加入B₂O₃作为液封剂和浸润剂，以形成满足GaAs单晶生长所需要的边界条件。现有技术中VGF法制备砷化镓晶体的装置的结构示意图如图1所示；其中，1为加热器，2为石英管，3为石英圈，4为石英帽，5为籽晶，6为氧化硼，7为多晶料，8为PBN坩埚(4”)，9为VGF炉体，10为支撑体，11为升降平台。

但是，以现有技术中VGF法装置制备4～6英寸大直径的GaAs晶体，需要两个相同尺寸的PBN坩埚，两个PBN坩埚之间需要石英圈支撑，一方面需要进行两次密封，同时两个PBN坩埚都需要装多晶料，由于装料过程中多晶料与PBN坩埚内壁碰撞，使PBN坩埚的使用寿命缩短，从而增加了装置的不稳定性，影响长晶成品率；另一方面受限于PBN坩埚的长度，上述成熟的VGF法制备的4英寸砷化镓晶体最多长到200mm，且生长时间过快，造成受热不均匀，存在孪晶、热应力大、位错密度高等缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种VGF法制备砷化镓晶体的装置及方法，该装置稳定性好、长晶成品率高，制备得到的砷化镓晶体长度大且缺陷少。

本发明提供了一种VGF法制备砷化镓晶体的装置，包括：

VGF炉体，所述VGF炉体内部设有石英管和设置在所述石英管外侧加热器；所述石英管由上下两部分管体组成，其中上部管体的直径大于下部管体的直径；所述上部管体设有与所述上部管体的直径相匹配的第一PBN坩埚，所述下部管体设有与所述下部管体的直径相匹配的第二PBN坩埚；

贯穿所述VGF炉体底部的支撑体；

与所述支撑体相连的升降平台，所述升降平台设有与所述VGF炉体底部相连的所述旋转轴。

优选的，所述上部管体的直径为5.5英寸～6.5英寸，所述下部管体的直径为3.5英寸～4.5英寸。

优选的，所述第二PBN坩埚的高度为200mm～300mm；所述第二PBN坩埚与所述第一PBN坩埚直接相连。

优选的，所述石英管顶部还设有石英帽。