CN201172701Y - 砷化镓单晶开管热处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种砷化镓单晶开管热处理装置，包括：惰性气体导入单元、石英帽、石英管、热扩散炉和尾气处理单元，其中，惰性气体导入单元与石英帽和石英管相连接，所述石英管放置于热扩散炉中，并与尾气处理单元连接。采用该装置对砷化镓晶体进行热处理，既保证晶体表面无氧化、无离解，又能释放晶体热应力和提高晶体电参数均匀性，达到节约成本和降低复杂度的目的。

Description

砷化镓单晶开管热处理装置

技术领域

本实用新型涉及半导体单晶材料制备领域，尤其涉及一种砷化镓单晶开管热处理装置。

背景技术

GaAs(砷化镓)材料分为两类：半绝缘砷化镓材料和半导体砷化镓材料。半绝缘砷化镓材料主要用于制作金属半导体场效应管、高电子迁移率晶体管和异质结双极晶体管；半导体砷化镓材料主要应用于光通信有源器件、半导体发光二极管和高效太阳能电池。GaAs光电子器件在家用电器、工业仪表、大屏幕显示、办公自动化设备、交通管理等方面，都有着重要应用。

由于砷化镓具有较低的热导率和较低的临界切应力，生长的砷化镓单晶就会形成较高的热应力和位错密度，随着晶体尺寸的增加，晶体中的热应力和各种缺陷将显著。单晶加工晶片之前或在加工过程中，晶锭会出现裂纹，造成整个单晶报废。

晶体热处理是释放热应力、改善晶体点缺陷和杂质分布的有效方法，也是提高晶体均匀性、提高晶体的电子迁移率和提高硅注入层激活率的既便宜又有效的方法。研究表明，热处理也是改善晶片化学计量比再分布，提高材料的电学均匀性和质量重复性，减少晶锭出现裂纹的几率。

目前，砷化镓晶体的热处理主要有两种，一种是生长完的晶体直接在生长热系统中处理，由于热处理的环境不是恒温区，从而造成热处理后的晶体的质量较差。另一种是将晶体密封在石英管中，放在扩散炉中，这样处理的晶体质量较好，但需要增加一套石英管的费用和抽真空和氢氧焰封管设备，并且需要配备石英封管技术人员，从而造成热处理的成本高、操作复杂。

实用新型内容

本实用新型提供一种砷化镓单晶开管热处理装置，用以解决现有技术中存在热处理成本高，操作复杂问题。

本实用新型所述装置包括：惰性气体导入单元、石英帽5、石英管8、热扩散炉7和尾气处理单元，其中，惰性气体导入单元与石英帽5和石英管8相连接，所述石英管8放置于热扩散炉7中，并与尾气处理单元连接。

进一步地，所述惰性气体导入单元具体包括：气瓶1、气体减压器2和流量计3，其中，气瓶1与气体减压器2连接，流量计3一端连接气体减压器2，另一端通过软管4和的石英管8相连。

其中，所述石英管8通过细石英尾气管9与尾气处理单元连接，并且放置有用于盛放砷化镓的石英舟。所述石英舟具体包括：石英舟把14和舟体15。

进一步地，所述装置还包括石英柱6，利用铁丝通过所述石英柱6捆紧所述石英帽5和所述石英管8。

进一步地，所述尾气处理单元具体包括：尾气软连接管11、尾气处理瓶12和尾气排放管13，其中，所述尾气处理瓶12中装有去离子水，所述尾气软连接管11与所述细石英尾气管9连接，并且伸入去离子水中至少低于液面3cm；所述尾气排放管13插入到尾气处理瓶12中，位于去离子水液面以上。

综上所述，本实用新型提供了一种砷化镓单晶开管热处理装置，采用该装置对砷化镓晶体进行热处理，既保证晶体表面无氧化、无离解，又能释放晶体热应力和提高晶体电参数均匀性，达到节约成本和降低复杂度的目的。

附图说明

图1为本实用新型所述装置的结构示意图；

图2为本实用新型所述装置中的石英舟的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优先实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理。

如图1所示，图1为本实用新型实施例所述砷化镓单晶开管热处理装置的结构示意图，具体可以包括：惰性气体导入单元、石英帽5、石英管8、热扩散炉7和尾气处理单元。其中，惰性气体导入单元与石英帽5和石英管8相连接，所述石英管8放置于热扩散炉7中，并与尾气处理单元连接。

所述惰性气体导入单元具体可以包括：气瓶1(本实施例中采用的是装有高纯氮气的氮气瓶)、气体减压器2(本实施例中采用的是氮气减压器)和流量计3。气瓶1与气体减压器2连接，流量计3一端连接气体减压器2，另一端通过软管4和石英帽5和石英管8连接。

所述石英帽5石英管8通过磨砂接口构成准密封热处理环境，并利用铁丝通过石英柱6捆紧所述石英帽5和石英管8，所述石英管8通过细石英尾气管9与尾气处理单元连接；所述石英管8内置于热扩散炉7的炉室中，用于放置石英舟，所述石英舟用于盛放砷化镓单晶，有利于在石英管8中移动。

所述石英舟的结构如图2所示，包括：石英舟把14和舟体15。

述热扩散炉7由三段电阻丝加热，利用三个热偶测温反馈控制可控晶闸管实现对加热场温度的控制，形成相对长的温度恒定区，要求热处理的砷化镓单晶处于恒温区内。并且所述热扩散炉7的炉体尾部设置有炉体堵头10，用于保持炉体内部形成稳定的高温区。

所述尾气处理单元包括：尾气软连接管11、尾气处理瓶12和尾气排放管13，其中，所述尾气处理瓶12中装有去离子水，所述尾气软连接管11与细石英尾气管9相连，并且尾气软连接管伸入去离子水中至少低于液面3cm；所述尾气排放管13插入到尾气处理瓶12中，并位于去离子水液面以上。

利用本实用新型所述砷化镓单晶开管热处理装置对砷化镓单晶进行热处理的过程如下：

首先对石英帽5、石英管8和石英舟用清洁剂清洗后，使用王水浸泡12小时，用冷、热去离子水冲洗干净后烘干。将石英帽5和石英管8通过磨砂接口构成准密封热处理环境。然后将石英管8装入热扩散炉7的炉室中，装好炉体堵头10。

在尾气处理瓶12中装入去离子水，水面高于伸入水中石英管3cm，使用尾气软连接管11连接细石英尾气管9和尾气处理瓶12。尾气处理瓶12过滤含砷蒸气氮气，使热砷蒸气在水中冷却形成砷颗粒。在尾气处理瓶12伸入水中石英管内水面以上，以及在尾气软连接管11和石英管8内形成氮气环境，避免砷化镓表面的氧化。

依次连接气瓶1和减压器2，再连接好流量计3。使用耐压塑料软管4连接流量计3，开气瓶1、减压器2、流量计3，第一次必须冲洗管道10分钟，目的冲出管道杂质。在关闭气瓶。再连接压塑料软管4和石英帽5。

带洁净手套把砷化镓装入石英舟的舟体中，再把石英舟装入图1中的石英管8中，石英管8装在热扩散炉7中的恒温区中，用铁丝通过英柱6捆紧石英帽5和石英管8。

打开气瓶1，调节流量计为最小流量，检查各软管连接的密封性，特别检查石英帽5和石英管8密封性，依尾气处理瓶12出气泡为准。如果密封性不良，重新连接各接口处。

开气瓶1，调节流量计3以5L/min流量赶空气1小时以上，目的使用氮气驱赶处理石英内部的空气，使氧含量降低。防止热处理过程中砷化镓表面的氧化。然后保持1L/min流量对扩散炉升温，开始进行砷化镓单晶热处理。热处理过程中然后保持1L/min流量，防止石英帽5和石英管8接口处氧气的向内扩散，在热处理石英管8内部形成大于1个大气压的氮气环境，减少砷化镓表面的离解。

以上所述，仅为本实用新型所述砷化镓单晶开管热处理装置的最佳实施方案，本领域普通技术人员应该知道，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

综上所述，本实用新型提供了一种砷化镓单晶开管热处理装置，采用该装置对砷化镓晶体进行热处理，既保证晶体表面无氧化、无离解，又能释放晶体热应力和提高晶体电参数均匀性。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1、一种砷化镓单晶开管热处理装置，其特征在于，包括：惰性气体导入单元、石英帽(5)、石英管(8)、热扩散炉(7)和尾气处理单元，其中，惰性气体导入单元与石英帽(5)和石英管(8)相连接，所述石英管(8)放置于热扩散炉(7)中，并与尾气处理单元连接。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述惰性气体导入单元具体包括：气瓶(1)、气体减压器(2)和流量计(3)，其中，气瓶(1)与气体减压器(2)连接，流量计(3)一端连接气体减压器2，另一端通过软管(4)和的石英管(8)相连。

3、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述石英管(8)通过细石英尾气管(9)与尾气处理单元连接，并且放置有用于盛放砷化镓的石英舟。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述石英舟具体包括：石英舟把(14)和舟体(15)。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括石英柱(6)，利用铁丝通过所述石英柱(6)捆紧所述石英帽(5)和所述石英管(8)。

6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述尾气处理单元具体包括：尾气软连接管(11)、尾气处理瓶(12)和尾气排放管(13)，其中，所述尾气处理瓶(12)中装有去离子水，所述尾气软连接管(11)与所述细石英尾气管(9)连接，并且伸入去离子水中至少低于液面3cm；所述尾气排放管(13)插入到尾气处理瓶(12)中，位于去离子水液面以上。

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