CN115074833A - 砷化镓加长晶体生长热场及工艺技术 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了砷化镓加长晶体生长热场及工艺技术,包括石墨支座,所述石墨支座的内部炉腔设有多个依次竖直拼接的独立分段炉膛,所述石墨支座上放置有呈圆柱型设置的热解氮化硼坩埚,所述解氮化硼坩埚的顶端设有封堵塞,所述热解氮化硼坩埚内设有多个入料槽。本发明不仅单炉生长周期增加10‑20%,单炉生长晶体长度增加50%以上,而且载流子浓度在晶体横向和纵向的分布更均匀,同时位错浓度更低,分布更均匀。

Description

砷化镓加长晶体生长热场及工艺技术
技术领域
本发明涉及半导体晶体生长技术领域,尤其涉及砷化镓加长晶体生长热场及工艺技术。
背景技术
作为第二代半导体材料的代表,化合物半导体材料GaAs具有许多不同于Si,Ge材料的特性,能够广泛应用于发光器件(激光器,发光二极管),光探测器(光探测器)以及高频器件等领域.国内3inch,4inch砷化镓晶体生长量产长度不超过200mm、6inch砷化镓晶体生长量产长度不超过120mm。
但现有技术中,通用的VGF或VGF+VB生长工艺,砷化镓晶体生长超过一定长度,中心阻热程度逐渐变大,导致边缘和中心温度梯度过大,生长界面越来越大,晶体尾部就不可避免的产生异相成核导致的多晶。
发明内容
本发明提供了砷化镓加长晶体生长热场及工艺技术,以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
砷化镓加长晶体生长热场,包括石墨支座,所述石墨支座的内部炉腔设有多个依次竖直拼接的独立分段炉膛,所述石墨支座上放置有呈圆柱型设置的热解氮化硼坩埚,所述解氮化硼坩埚的顶端设有封堵塞,所述热解氮化硼坩埚内设有多个入料槽。
作为本技术方案的进一步改进方案:所述独立分段炉膛采用材质包括不同导热系数的材料,包括莫来石、石英、碳化硅、氧化锆和氧化铝。
作为本技术方案的进一步改进方案:所述独立分段炉丝同于对独立分段炉膛进行加热,每段所述独立分段炉丝可通过调节炉丝直径,炉丝间距,炉丝功率,以及各温区长度进行设定每段所述独立分段炉丝的温区温度和温区长度。
作为本技术方案的进一步改进方案:所述封堵塞为石英材质。
砷化镓加长晶体生长工艺技术,应用于上述任意一项砷化镓加长晶体生长热场,包括以下步骤:
第一步,首先依次在热解氮化硼坩埚内的入料槽中加入籽晶、氧化硼、锗多晶,最后装入掺杂剂镓;
第二步,将带物料的热解氮化硼坩埚放在石墨支座上;
第三步,针对不同季节气候条件,不同尺寸的砷化镓晶体生长,选取多个相应不同导热系数材质的独立分段炉膛,多个独立分段炉膛按照不同长度拼接,例如两两拼接,三明治结构拼接,最后依次装入装入石墨支座的内部炉腔中;
第四步,通过调节每个独立分段炉丝的炉丝直径、炉丝间距、炉丝功率进行调节每个独立分段炉丝温区温度和温区长度,使得通过独立分段炉丝对热解氮化硼坩埚内部的物料进行加热,使得砷化镓晶体生长。
作为本技术方案的进一步改进方案:热解氮化硼坩埚首先需要放入王水中腐蚀24h,经去离子水煮洗处理3次,120℃条件下烘干,然后放入通进氧气的1050℃氧化炉中氧化薄层生成氧化硼。
作为本技术方案的进一步改进方案:籽晶选取<100>偏<111>方向9°低位错的籽晶。
作为本技术方案的进一步改进方案:籽晶选取尺寸7.5mm×7.5mm且长度大于40mm籽晶。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
通过不同材质炉膛和不同拼接方式、炉丝直径,分布间距和温区长度完成了砷化镓加长晶体生长热场和工艺的构建,相对于现有技术,本发明不仅单炉生长周期增加10-20%,单炉生长晶体长度增加50%以上,而且载流子浓度在晶体横向和纵向的分布更均匀,同时位错浓度更低,分布更均匀。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明提出的砷化镓加长晶体生长热场结构剖面示意图。
附图中,各标号所代表的部件列表如下:
1、封堵塞;2、热解氮化硼坩埚;3、入料槽;4、独立分段炉膛;5、独立分段炉丝;6、石墨支座。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明的是,当组件被称为“固定于”另一个组件,它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件,它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件,它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1,本发明实施例中,砷化镓加长晶体生长热场,包括石墨支座6,石墨支座6的内部炉腔设有多个依次竖直拼接的独立分段炉膛4,石墨支座6上放置有呈圆柱型设置的热解氮化硼坩埚2,解氮化硼坩埚2的顶端设有封堵塞1,热解氮化硼坩埚2内设有多个入料槽3。
独立分段炉膛4采用材质包括不同导热系数的材料,包括莫来石、石英、碳化硅、氧化锆和氧化铝。
独立分段炉丝5同于对独立分段炉膛4进行加热,每段独立分段炉丝5可通过调节炉丝直径,炉丝间距,炉丝功率,以及各温区长度进行设定每段独立分段炉丝5的温区温度和温区长度。
封堵塞1为石英材质。
砷化镓加长晶体生长工艺技术,应用于上述任意一项砷化镓加长晶体生长热场,包括以下步骤:
第一步,首先依次在热解氮化硼坩埚2内的入料槽3中加入籽晶、氧化硼、锗多晶,最后装入掺杂剂镓;
第二步,将带物料的热解氮化硼坩埚2放在石墨支座6上;
第三步,针对不同季节气候条件,不同尺寸的砷化镓晶体生长,选取多个相应不同导热系数材质的独立分段炉膛4,多个独立分段炉膛4按照不同长度拼接,例如两两拼接,三明治结构拼接,最后依次装入装入石墨支座6的内部炉腔中;
第四步,通过调节每个独立分段炉丝5的炉丝直径、炉丝间距、炉丝功率进行调节每个独立分段炉丝5温区温度和温区长度,使得通过独立分段炉丝5对热解氮化硼坩埚2内部的物料进行加热,使得砷化镓晶体生长。
具体的,热解氮化硼坩埚2首先需要放入王水中腐蚀24h,经去离子水煮洗处理3次,120℃条件下烘干,然后放入通进氧气的1050℃氧化炉中氧化薄层生成氧化硼。
具体的,籽晶选取<100>偏<111>方向9°低位错的籽晶。
具体的,籽晶选取尺寸7.5mm×7.5mm且长度大于40mm籽晶。
本发明的工作原理是:
针对不同季节气候条件,不同尺寸的砷化镓晶体生长,选取相应导热系数材质的独立分段炉膛4,按照不同长度拼接,例如两两拼接,三明治结构拼接,或者按温区搭建炉膛等等,同时通过调节每个独立分段炉丝5的炉丝直径、炉丝间距、炉丝功率进行调节每个独立分段炉丝5温区温度和温区长度,进而可通过不同材质独立分段炉膛4和炉膛不同拼接方式、炉丝直径,炉丝分布间距和温区长度完成了砷化镓加长晶体生长热场和工艺的构建,可满足砷化镓加长晶体生长的热场和工艺工艺,已实现了300mm3inch和4inch砷化镓晶体生长的量产,大大降低了单炉生长成本。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制;凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明;但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内,利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化,均为本发明的等效实施例;同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等,均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.砷化镓加长晶体生长热场,包括石墨支座(6),其特征在于,所述石墨支座(6)的内部炉腔设有多个依次竖直拼接的独立分段炉膛(4),所述石墨支座(6)上放置有呈圆柱型设置的热解氮化硼坩埚(2),所述解氮化硼坩埚(2)的顶端设有封堵塞(1),所述热解氮化硼坩埚(2)内设有多个入料槽(3)。
2.根据权利要求1所述的砷化镓加长晶体生长热场,其特征在于,所述独立分段炉膛(4)采用材质包括不同导热系数的材料,包括莫来石、石英、碳化硅、氧化锆和氧化铝。
3.根据权利要求1所述的砷化镓加长晶体生长热场,其特征在于,所述独立分段炉丝(5)同于对独立分段炉膛(4)进行加热,每段所述独立分段炉丝(5)可通过调节炉丝直径,炉丝间距,炉丝功率,以及各温区长度进行设定每段所述独立分段炉丝(5)的温区温度和温区长度。
4.根据权利要求1所述的砷化镓加长晶体生长热场,其特征在于,所述封堵塞(1)为石英材质。
5.砷化镓加长晶体生长工艺技术,应用于上述权利要求1-4任意一项砷化镓加长晶体生长热场,其特征在于,包括以下步骤:
第一步,首先依次在热解氮化硼坩埚(2)内的入料槽(3)中加入籽晶、氧化硼、锗多晶,最后装入掺杂剂镓;
第二步,将带物料的热解氮化硼坩埚(2)放在石墨支座(6)上;
第三步,针对不同季节气候条件,不同尺寸的砷化镓晶体生长,选取多个相应不同导热系数材质的独立分段炉膛(4),多个独立分段炉膛(4)按照不同长度拼接,例如两两拼接,三明治结构拼接,最后依次装入装入石墨支座(6)的内部炉腔中;
第四步,通过调节每个独立分段炉丝(5)的炉丝直径、炉丝间距、炉丝功率进行调节每个独立分段炉丝(5)温区温度和温区长度,使得通过独立分段炉丝(5)对热解氮化硼坩埚(2)内部的物料进行加热,使得砷化镓晶体生长。
6.根据权利要求5所述的砷化镓加长晶体生长工艺技术,其特征在于,热解氮化硼坩埚(2)首先需要放入王水中腐蚀24h,经去离子水煮洗处理3次,120℃条件下烘干,然后放入通进氧气的1050℃氧化炉中氧化薄层生成氧化硼。
7.根据权利要求5所述的砷化镓加长晶体生长工艺技术,其特征在于,籽晶选取<100>偏<111>方向9°低位错的籽晶。
8.根据权利要求5所述的砷化镓加长晶体生长工艺技术,其特征在于,籽晶选取尺寸7.5mm×7.5mm且长度大于40mm籽晶。
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