CN103526279A - 一种用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器，包括设置在坩埚外围的下加热器和上加热器，下加热器和上加热器之间部份进行重叠，以消除上加热器与下加热器的接口处出现冷点。本发明中使二个加热器接口部份重叠，而重叠部份的长度可以用改变活动石墨电极杆的长度进行调节，这样就消除了接口处的温度奇异点。从而获得最佳的适合GaAs晶体生长的热场分布。

Description

一种用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器

技术领域

本发明涉及一种用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器。

背景技术

GaAs晶体是一种重要的半导体材料。冷壁VGF方法是生长大直径、高性能、低成本GaAs晶体的最佳手段。而生长时的热场分布无论是对GaAs晶体生长的成晶率，还是对GaAs晶体的电学性能都有极大的影响。为此得到一个合适的热场分布对GaAs晶体生长具有极为重要的意义。目前常用的方法是多级直筒式加热，这样在二个加热器接口处的温度容易形成奇异点。不利于晶体生长。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器，该石墨加热器消除了接口处的温度奇异点，以获得最佳的适合GaAs晶体生长的热场分布。

为实现上述目的，本发明一种用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器，包括设置在坩埚外围的下加热器和上加热器，下加热器和上加热器之间部份进行重叠，以消除上加热器与下加热器的接口处出现冷点。

进一步，所述坩埚与下加热器和上加热器之间设置有内衬匀热管。

进一步，所述下加热器和上加热器的外部设置有保温罩，其上部设置有上保温盖。

进一步，所述上加热器包括从上至下依次排列的主三加热器、主二加热器和主一加热器。

进一步，所述主三加热器、主二加热器和主一加热器均为直径相同的圆筒式石墨加热器，所述下加热器为圆筒式石墨加热器，所述下加热器的直径小于所述主一加热器的直径。

进一步，所述主三加热器、主二加热器、主一加热器和下加热器的耳把用石墨螺钉与石墨电极连接板固定连接，石墨电极连接板的另一端用石墨螺钉与能够拆卸的活动石墨电极杆固定。

进一步，所述石墨电极杆下端用螺纹固定在不锈钢水冷电极上，通过更换不同长度的所述石墨电极杆，来改变石墨加热器之间重叠部份的长度。

进一步，所述主三加热器、主二加热器、主一加热器和下加热器上均配有一个控温热偶。

进一步，所述保温罩由外石墨罩、石墨毡、内石墨罩三层组成。

本发明中使二个加热器接口部份重叠，而重叠部份的长度可以用改变活动石墨电极杆的长度进行调节，这样就消除了接口处的温度奇异点。从而获得最佳的适合GaAs晶体生长的热场分布。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1所示，本发明一种用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器，包括设置在坩埚外围的下加热器2和上加热器，下加热器2和上加热器之间部份进行重叠，以消除上加热器与下加热器的接口处出现冷点。

上加热器可根据使用需要，采用多级的结构形式，本实施例中，上加热器包括从上至下依次排列的主三加热器6、主二加热器5和主一加热器3，该三级加热器均为直径相同的圆筒式石墨加热器，下加热器2也为圆筒式石墨加热器，并且下加热器2的直径小于主一加热器3的直径。下加热器2与主一加热器3叠加时，下加热器2的上端套装在主一加热器3下端的内部。

主三加热器6、主二加热器5、主一加热器3和下加热器2的耳把均用石墨螺钉与石墨电极连接板7固定连接，石墨电极连接板7的另一端用石墨螺钉与能够拆卸的活动石墨电极杆4固定。

石墨电极杆4下端用螺纹固定在不锈钢水冷电极上，上端则用螺钉固定并支撑着石墨电极板。从而也确定了各个石墨加热器的位置以及各石墨加热器之间重叠部份的长度。为了获得最佳的热场分布，可适当的更换不同长度的石墨电极杆4，从而改变石墨加热器之间重叠部份的长度。

主三加热器6、主二加热器5、主一加热器3和下加热器2上均配有一个控温热偶10。控温热偶10用于对加热器的加热温度进行控制。本发明中在坩埚11与各个加热器之间设置有内衬匀热管8，内衬匀热管8用以保证热场变化均匀平滑，内衬匀热管8为石墨匀热管。

在各个加热器的外部设置有保温罩1，其上部设置有上保温盖9。保温罩1设置在加热器与水冷单晶炉体之间，保温罩1由外石墨罩、石墨毡、内石墨罩三层组成，其作用在于防止热量流失与保持温度的稳定。

图1所示的用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器，可用于冷壁VGF生长4英寸GaAs晶体，本装置可生长长为150mm的GaAs单晶。本装置有四级石墨加热器：下加热器2、主一加热器3、主二加热器5、主三加热器6，其中，下加热器2与主一加热器3重叠40mm。

每一级石墨加热器(2、3、5、6)有耳把用石墨螺钉与石墨电极连接板7固定，石墨电极连接板的另一端用石墨螺钉与可拆卸的活动石墨电极杆4固定。每一级石墨加热器均配有一个控温热偶10，对加热器的加热温度进行控制。石墨加热器外围设置有石墨保温罩1，顶部设置有上保温盖9，以避免热量的大量消耗，从而保持温度的稳定。石墨加热器内置石墨内衬匀热管8，在石墨内衬匀热管8的内部设置有坩埚11，坩埚11内放置有GaAs物料与其他辅料。GaAs物料在石墨加热器内被加热熔化和结晶。

本发明通用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器，使在冷壁VGF方法生长GaAs晶体时具有最佳的热场分布。首先，采用多级套筒式石墨加热器使相邻石墨加热器之间有部份进行重叠，再辅以用改变石墨电极杆长度来改变重叠部份长度的方法来避免接口处出现温度奇异点。其次，在石墨加热器内壁与被加热的GaAs物料之间放置一支内衬匀热管使内部温度变化均匀、平稳。然后在石墨加热器外壁与单晶炉不锈钢水冷炉壁之间放置厚保温罩，以防止热量的损耗与保持温度的稳定。最后，每一加热器配有热电偶与温度控制器，对加热器温度进行控制与调节。总之通过以上措施就能获得一个温度稳定，控制灵活、分布合理的最佳热场分布，大大的提高了GaAs晶体生长的成晶率和GaAs晶体的性能参数。

Claims (9)

1.一种用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器，其特征在于，包括设置在坩埚外围的下加热器和上加热器，下加热器和上加热器之间部份进行重叠，以消除上加热器与下加热器的接口处出现冷点。

2.如权利要求1所述的用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器，其特征在于，所述坩埚与下加热器和上加热器之间设置有内衬匀热管。

3.如权利要求1所述的用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器，其特征在于，所述下加热器和上加热器的外部设置有保温罩，其上部设置有上保温盖。

4.如权利要求1所述的用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器，其特征在于，所述上加热器包括从上至下依次排列的主三加热器、主二加热器和主一加热器。

5.如权利要求4所述的用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器，其特征在于，所述主三加热器、主二加热器和主一加热器均为直径相同的圆筒式石墨加热器，所述下加热器为圆筒式石墨加热器，所述下加热器的直径小于所述主一加热器的直径。

6.如权利要求4所述的用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器，其特征在于，所述主三加热器、主二加热器、主一加热器和下加热器的耳把用石墨螺钉与石墨电极连接板固定连接，石墨电极连接板的另一端用石墨螺钉与能够拆卸的活动石墨电极杆固定。

7.如权利要求6所述的用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器，其特征在于，所述石墨电极杆下端用螺纹固定在不锈钢水冷电极上，通过更换不同长度的所述石墨电极杆，来改变石墨加热器之间重叠部份的长度。

8.如权利要求4所述的用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器，其特征在于，所述主三加热器、主二加热器、主一加热器和下加热器上均配有一个控温热偶。

9.如权利要求3所述的用于GaAs晶体生长的套筒式石墨加热器，其特征在于，所述保温罩由外石墨罩、石墨毡、内石墨罩三层组成。