CN201883176U - 一种化合物半导体单晶生长用坩埚 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种化合物半导体单晶生长用热解氮化硼(PBN)坩埚，属于化合物半导体单晶生长技术领域。本实用新型的PBN坩埚，其特征在于：坩埚坩主体部分成倒锥形，下部是圆柱形籽晶槽。这种坩埚制造方法简单、不需要复杂设备。在采用垂直晶体生长法中使用该坩埚，可以控制化合物单晶生长固液界面形状，能够提高全单晶的形成概率，并减少位错等缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及化合物半导体单晶生长用坩埚，属于化合物半导体单晶生长技术领域。
背景技术
垂直晶体生长法是一类利用预先配置在容器底部的晶种引发晶体生长、逐渐向上方进行结晶、最终使全部原料熔体结晶化的单晶生长方法，与拉晶法相比，一般可以在较小的温度梯度下生长晶体，因而容易获得位错等晶体缺陷少的化合物半导体单晶。
垂直布里奇曼法是垂直晶体生长法中的一种，使用由热解氮化硼(简称PBN)制成的坩埚作为晶体生长用的容器，由PBN制成的晶体生长用容器，即使在进行化合物半导体单晶生长时的高温下，也不会与原料化合物反应，同时PBN坩埚纯度高(99.999％)，表面致密，耐高温，热膨胀系数小，热导率高，且有着明显的各向异性，浸润角大等优点，尤其是对于砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等化合物单晶生长是不可缺少的器具。为了提高化合物半导体单晶的生长条件的重现性，提高成品率，必须对该PBN制的晶体生长用容器的特性进行改善。
为了提高获得最终形成全部单晶的概率，业内进行了大量的研究，现有的研究结果认为有以下一些方法可以提高获得最终形成全部单晶的概率：1、认为在与PBN板的厚度方向垂直的方向和与板厚度方向平行的方向上，具有各向异性，PBN的制造条件不同，各向异性的程度也不同。因此可以说，控制PBN坩埚的各向异性，可以实现单晶生长过程的重现性。2、在日本专利“特开2004-244232号”和“特开平10-7485号”公报中，公开了一种晶体生长用容器以及使用该容器的单晶制造方法。为了提高全单晶概率，在与PBN板的厚度方向相垂直的面上测定的(002)面和(100)面的x射线衍射峰的强度比(I(002)/I(100))正常晶体生长部位的值大于过渡部份的值。3、在“特许3250409号”公告中，提到了为了提高全单晶的概率，晶体生长用坩埚的上下方向上的取向度应逐渐改变。在200610080292.X专利中，发明了坩埚整体的x射线衍射强度的比值对形成全单晶的概率更有重要的影响，即坩埚的整体I(002)/I(100)的值是50或50以上。
上述发明说明化合物半导体形成全单晶的概率与坩埚上下方向的x射线衍射强度比(或取向度)有关，但是，在实际生产中，利用工艺条件控制坩埚的各向异性或I(002)/I(100)比值是困难的，特别是由于瘤泡的形成，使得I(002)/I(100)的控制非常困难。但是一般认为在垂直布里奇曼法中，重现性良好地获得单晶的关键在于对熔体与结晶部的界面(以下称为固液界面)的形状控制，化合物单晶体生长的单晶收率与固液界面形状之间存在密切关系，如果固液界面在熔体一侧呈现凹形，不管是整体生长过程还是生长过程的某一阶段，由于亚晶界容易聚集，单晶生长过程容易向多晶生长过程发展，单晶的收得率容易降低，因此提高单晶的收得率的关键是在整个生长过程中，控制固液界面在熔体一个呈凸形，即固液界面在熔体一侧为上凸的界面有助于提高最终形成全部单晶的概率。那么如果通过改变坩埚的形状结构特点，来控制固液界面的形状，则容易实现。
发明内容
本发明的目的，提供在垂直晶体生长法中，可以更加简便地制造、不需要复杂的设备和在较宽的工艺条件下就可以控制固液界面形状的PBN坩埚的结构，根据以往的专利和资料，采用该坩埚不仅可以提高形成全单晶的概率，而且，可以大幅度降低晶体内的位错等缺陷。
化合物半导体单晶生长用坩埚，由热解氮化硼(PBN)制成，图1为本发明的实施方式中所涉及的半导体单晶生长用坩埚的截面图，其中坩埚上部：(1)晶体生长部分锥形呈倒锥形，其锥角α为0.5～1.5°。(2)坩埚下部：为圆柱形籽晶槽和其上相连接的逐渐扩大的过渡部位。由于坩埚上部具有倒锥形斜度，晶体上向生长过程中，截面积的逐渐减小，与PBN接触的单晶部分生长速度较大，使熔体部分向下凸出。
本发明的目的，提供在垂直晶体生长法中，可以更加简便地制造、不需要复杂的设备和在较宽的工艺条件下就可以控制固液界面形状的PBN坩埚的结构，根据以往的专利和资料，采用该坩埚不仅可以提高形成全单晶的概率，而且，可以大幅度降低晶体内的位错等缺陷。
这种坩埚适用于垂直布里奇曼法(VB法)和垂直温度梯度凝固法(VGF法)生长化合物半导体单晶，特别是在惰性气体中用B2O3覆盖熔体表面从而防止As挥发的同时进行晶体生长的方式。
附图说明
图1PBN坩埚
具体实施方式
具体实施方式一：坩埚尺寸：最大直径155mm，高度200mm。
将摩尔比为1∶3的三氯化硼和高纯氨气引入已加热的炉反应器，反应腔的真空度为133Pa，反应温度2000℃，所制备的坩埚倒锥角度为1.5°(如图1中的α角)，坩埚最大直径为155mm。
用该方法制备的热解BN坩埚来生长砷化镓晶体，单晶收得率为100％，使用效果好。
具体实施方式二：坩埚尺寸：最大直径105mm，高度200mm。
将摩尔比为1∶3的三氯化硼和高纯氨气引入已加热的炉反应器，反应腔的真空度为133Pa，反应温度1900℃，所制备的坩埚倒锥角度为1.0°(如图1中的α角)，坩埚最大直径为105mm。
用该方法制备的热解BN坩埚来生长磷化铟晶体，单晶收得率为99％，使用效果好。
Claims (1)
1.一种化合物半导体单晶生长用坩埚，由热解氮化硼(PBN)制成，其特征在于，所述的坩埚主体部分成倒锥形，下部是圆柱形籽晶槽。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105239149A (zh) * | 2014-06-03 | 2016-01-13 | 长春理工大学 | 下降法生长晶体坩埚底部籽晶的装夹方法及装置 |
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2010
- 2010-08-02 CN CN2010202773317U patent/CN201883176U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
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| CN105239149A (zh) * | 2014-06-03 | 2016-01-13 | 长春理工大学 | 下降法生长晶体坩埚底部籽晶的装夹方法及装置 |
| CN105239149B (zh) * | 2014-06-03 | 2018-01-09 | 长春理工大学 | 下降法生长晶体坩埚底部籽晶的装夹方法及装置 |
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