CN106435710B - 一种锑化镓晶体生长除杂装置 - Google Patents

一种锑化镓晶体生长除杂装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锑化镓晶体生长除杂装置。该除杂装置包括除杂连接件和除杂坩埚两部分，并通过除杂连接件与由籽晶拉线、籽晶杆和籽晶构成的Cz单晶炉籽晶装置连接；除杂连接件和除杂坩埚均设为圆柱形，除杂连接件的上端设有与籽晶杆连接的中心孔，该中心孔内径大于籽晶杆拉线外径且小于籽晶杆外径，除杂连接件通过该中心孔挂在籽晶杆上；除杂连接件的下端与除杂坩埚的上端焊接；除杂坩埚外径小于生长坩埚内径3‑5mm，除杂坩埚底部设为网状，以去除杂质，保留纯净的熔体。采用本装置可去除LEC法生长GaSb单晶过程中的杂质，消除杂质对成晶的影响，提高成晶率及晶体质量。

Description

一种锑化镓晶体生长除杂装置
技术领域
本发明涉及单晶制备技术，特别是涉及一种锑化镓晶体生长除杂装置。
背景技术
采用LEC（液封提拉法）法进行GsSb（锑化镓）单晶生长。LEC法生长晶体分为以下几个阶段：熔晶、放肩、收肩、等径生长、收尾。在升温熔晶时，常由于高温条件下导致GaSb生长原料与空气反应，主要为原料被氧化，所形成的固态杂质漂浮在熔体上。在放肩阶段，这些杂质固结到籽晶表面，影响正常的流场及晶体正常生长，使得单晶表面夹杂杂质，凹凸不平，导致拉晶失败。
影响LEC法成晶的主要因素包含熔晶温度、放肩、收肩时的晶转、锅转、晶升、锅升及降温速率。在放肩时，原料熔体越为纯净就越能提高晶体的成晶率，尤其是表面与籽晶接触部位无杂质。同时晶转与锅转为晶体生长所创造的流场也应为较为理想的层流才行。在现有的LEC法单晶炉中，没有专门预留的装置或者结构来去除熔体中的杂质。
发明内容
鉴于现有技术存在的技术问题和现状，本发明的目的是在现有的LEC单晶炉基础上，在不对单晶炉进行大型改动的情况下，在籽晶杆部位增加一种装置，从而达到去除熔体中杂质的效果。
本发明为达到上述目的所采取的技术方案是：一种锑化镓晶体生长除杂装置，其特征在于：该除杂装置包括除杂连接件和除杂坩埚两部分，并通过除杂连接件与由籽晶杆拉线、籽晶杆和籽晶构成的Cz单晶炉籽晶装置连接；除杂连接件和除杂坩埚均设为圆柱形，除杂连接件的上端设有与籽晶杆连接的中心孔，该中心孔内径大于籽晶杆拉线外径且小于籽晶杆外径，除杂连接件通过该中心孔挂在籽晶杆上；除杂连接件的下端与除杂坩埚的上端焊接；除杂坩埚外径小于生长坩埚内径3-5mm，除杂坩埚底部设为网状，以去除杂质，保留纯净的熔体。
本发明主要增加了除杂连接件和除杂坩埚，两者可连接在一起。除杂连接件上端为孔状，其内径大于籽晶杆拉线外径且小于籽晶杆外径，使其可以挂在籽晶杆上而不掉落。除杂坩埚外径应小于生长坩埚内径3-5mm，底部为网状，通过这些网去除杂质，保留纯净的熔体。整体高度H（如图2所示）应高于除杂坩埚完全下降后籽晶下降到接触液面距离，消除装置对拉晶高度的影响。此外，在除杂坩埚外壁上增加的挂钩可挂在加热器或其它刚性不易碎的生长坩埚上，避免对生长坩埚的压力导致坩埚破碎。
整体除杂装置使用高纯度石英制成。在制作时，为降低成本可将除杂装置分为除杂连接件与除杂坩埚两部分，分别做完后，再焊接为一体。
本发明的有益效果是：采用本装置可去除LEC法生长GaSb单晶过程中的杂质，消除杂质对成晶的影响，提高成晶率及晶体质量。
附图说明
图1为Cz单晶炉籽晶装置示意图；
图2为除杂装置与籽晶装置连接示意图；
图3为除杂装置示意图；
图4为图3中除杂坩埚放大的俯视图；
图5为化料完成前除杂装置与生长坩埚相对位置关系示意图；
图6为化料完成后除杂装置下降到生长坩埚内的位置关系示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1至图6，首先根据GaSb单晶生长情况设计所需的除杂坩埚6内径、外径及整体高度H。按图2中的方式安装。在料（GaSb）完全变为熔体后，将除杂装置4下降至生长坩埚8底部。该除杂装置4主要靠装置自身的重力来克服沉入熔体时产生的浮力，所以对于不同的原料，可根据具体的熔体密度在坩埚连接件5上增加压块来增加其重量。在除杂坩埚6下降过程中熔体通过除杂坩埚6底部的网流过，而杂质被阻挡在外部。当除杂坩埚6完全下降到生长坩埚8底部时，籽晶3还未接触熔体，可根据实际工艺将籽晶3继续下降，开始熔晶、放肩、收肩、等径生长。在晶体生长的过程中，籽晶3位置与生长坩埚的相对距离在变长，高度H的合理设计计算（在籽晶杆下降到使籽晶刚和熔液表面接触时，H=h+晶体高度+生长坩埚高度+熔液高度+除杂坩埚底厚度+余量，籽晶杆上与除杂件连接处到熔液表面的距离h为300mm，所拉晶体高度为30mm，生长坩埚高度50mm，熔液高度40mm，除杂坩埚底厚度为2mm，余量为20mm时，H=300+30+50+40+2+20=442mm），使得晶体在完全长出之前，籽晶杆2不会将除杂坩埚6提起，影响单晶生长。
单晶生长完成后，将籽晶杆2上升一定高度使除杂装置4脱离液面，保护生长坩埚8、除杂装置4及剩料。
实施例：本除杂装置4包括除杂连接件5和除杂坩埚6两部分，并通过除杂连接件5与由籽晶杆拉线1、籽晶杆2和籽晶3构成的Cz单晶炉籽晶装置连接；除杂连接件5和除杂坩埚6均设为圆柱形，除杂连接件5的上端设有与籽晶杆2连接的中心孔，该中心孔内径大于籽晶杆拉线1外径1mm，且小于籽晶杆2外径，（若籽晶杆拉线外径为1mm，籽晶杆2外径为6mm，则中心孔内径可为2-3mm），除杂连接件5通过该中心孔挂在籽晶杆2上；除杂连接件5的下端与除杂坩埚6的上端焊接；除杂坩埚6外径小于生长坩埚8内径3-5mm（若生长坩埚8内径为60mm，则除杂坩埚6外径为55-57mm），除杂坩埚6底部设为网状，以去除杂质，保留纯净的熔体。
本除杂装置的除杂坩埚6外壁上设有挂钩7，通过挂钩7将除杂坩埚6挂在生长坩埚8上（也可以挂在加热器上），避免对生长坩埚8的压力导致生长坩埚8破碎。
本除杂装置4均采用石英材料制成。

Claims (3)

1.一种锑化镓晶体生长除杂装置，其特征在于：该除杂装置（4）包括除杂连接件（5）和除杂坩埚（6）两部分，并通过除杂连接件（5）与由籽晶杆拉线（1）、籽晶杆（2）和籽晶（3）构成的Cz单晶炉籽晶装置连接；除杂连接件（5）和除杂坩埚（6）均设为圆柱形，除杂连接件（5）的上端设有与籽晶杆（2）连接的中心孔，该中心孔内径大于籽晶杆拉线（1）外径且小于籽晶杆（2）外径，除杂连接件（5）通过该中心孔挂在籽晶杆（2）上；除杂连接件（5）的下端与除杂坩埚（6）的上端焊接；除杂坩埚（6）外径小于生长坩埚（8）内径3-5mm，除杂坩埚（6）底部设为网状，以去除杂质，保留纯净的熔体。
2.根据权利要求1所述的一种锑化镓晶体生长除杂装置，其特征在于：所述的除杂坩埚（6）外壁上设有挂钩（7），通过挂钩（7）将除杂坩埚（6）挂在生长坩埚（8）上，避免对生长坩埚（8）的压力导致生长坩埚（8）破碎。
3.根据权利要求1所述的一种锑化镓晶体生长除杂装置，其特征在于：所述的除杂装置（4）均采用石英材料制成。
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