CN204803434U - 一种用于晶体生长的坩埚 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于晶体生长的坩埚，包括：坩埚壁和坩埚底，所述坩埚底设置有籽晶槽，其特征在于，所述坩埚壁包括坩埚内壁和坩埚外壁，所述坩埚内壁和坩埚外壁具有倾角；所述坩埚内壁的倾角大于所述坩埚外壁的倾角。本实用新型提供的坩埚侧壁上沿薄，下端厚，使得坩埚上沿散热面积减少，降低其向上的传热量，有利于改善坩埚内的热流情况和液流状况，起到稳定晶体生长界面的作用，提高晶体的产品质量。
Description
技术领域
本实用新型属于晶体生长技术领域，尤其涉及一种用于晶体生长的坩埚。
背景技术
随着科技的进步和发展，越来越多的半导体晶体，因其在光电系统中的突出作用，越来越得到人们广泛的重视。
制备这些半导体单晶材料的方法有多种，主要包括提拉法，下降法，温度梯度法，水平布里奇曼法等。其中提拉法因其生长过程可见，可以实时观测晶体生长情况和晶体质量，容易生长较大直径的晶体等优势，在半导体单晶生长技术中占有很高的比例。
在采用提拉法中，半导体晶体在坩埚中进行生长，坩埚内部的环境将直接影响晶体的质量。
目前很多文献都涉及半导体单晶材料的生长装置，公开号为1784514A的中国专利“磷化铟基板、磷化铟单晶及其制造方法”中所述的坩埚为pBN坩埚，但未设计坩埚的具体形制；公开号为102220628A中国专利“生长半导体晶体的装置”中有pBN坩埚的设计形制，包括籽晶槽、锥型坩埚底和坩埚壁三部分，而且对结晶区的锥度做了标定，但此坩埚内部结晶区温度不均匀，导致晶体边缘温度低于中心温度。较大的传热导致晶体边缘形成较大的过冷度，导致晶体生长边缘上翘，形成倒沟。严重时，会导致固液界面的形状由凸变平，甚至变凹，“边界效应”增强，增加了孪晶和多晶的产生几率，大大影响了晶体产品质量。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于晶体生长的坩埚，本实用新型提供的坩埚能够改善结晶区的热流情况，起到稳定晶体生长界面的作用。
本实用新型提供一种用于晶体生长的坩埚，包括：坩埚壁和坩埚底，所述坩埚底设置有籽晶槽，其特征在于，所述坩埚壁包括坩埚内壁和坩埚外壁，所述坩埚内壁和坩埚外壁具有倾角；
所述坩埚内壁的倾角大于所述坩埚外壁的倾角。
优选的，所述坩埚内壁的倾角为3°～6°；
所述坩埚外壁的倾角为1°～2°。
优选的，所述坩埚内壁的倾角为3°～4°；
所述坩埚外壁的倾角为1°。
优选的，所述坩埚底为倒圆锥形。
优选的，所述坩埚底的放肩角为120°～150°。
优选的，所述籽晶槽的内径为4～6mm。
优选的，所述籽晶槽的内径为5mm。
优选的，所述坩埚为氮化硼陶瓷坩埚或石英坩埚。
本实用新型研究发现，晶体生长过程中，由于坩埚壁上沿位于加热器的外围，温度相对较低。沿着坩埚壁向上传递的热量明显大于垂直于坩埚壁方向的传热量，这就使得坩埚壁附近的熔体热量沿着坩埚壁被迅速导走，最终导致晶体边缘温度低于中心温度，从而坩埚内部的温度不均匀，影响晶体的生长质量。
本实用新型提供了一种用于晶体生长的坩埚，包括：坩埚壁和坩埚底，所述坩埚底设置有籽晶槽，其特征在于，所述坩埚壁包括坩埚内壁和坩埚外壁，所述坩埚内壁和坩埚外壁具有倾角；所述坩埚内壁的倾角大于所述坩埚外壁的倾角。本实用新型提供的坩埚侧壁上沿薄，下端厚，使得坩埚上沿散热面积减少，降低其向上的传热量，有利于改善坩埚内的热流情况和液流状况，起到稳定晶体生长界面的作用，提高晶体的产品质量。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型中用于晶体生长的坩埚的剖面图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供了一种用于晶体生长的坩埚，包括：坩埚壁和坩埚底，所述坩埚底设置有籽晶槽，其特征在于，所述坩埚壁包括坩埚内壁和坩埚外壁，所述坩埚内壁和坩埚外壁具有倾角；所述坩埚内壁的倾角大于所述坩埚外壁的倾角。
本实用新型提供的坩埚能够有效减少坩埚上沿的传热量，起到稳定晶体生长界面的作用。
参见图1，图1为本实用新型中用于晶体生长的坩埚的剖面图，在图1中，1为坩埚壁，2为坩埚底，3为籽晶槽。
本实用新型提供的坩埚包括坩埚壁1，所述坩埚壁包括坩埚内壁和坩埚外壁，所述坩埚内壁和坩埚外壁都有一定的倾角，所述坩埚内壁倾角为坩埚内壁与垂直方向的夹角；所述坩埚外壁倾角为坩埚外壁与垂直方向的夹角。在本实用新型中，所述坩埚内壁和坩埚外壁优选是平整的。没有凹凸起伏的，以达到外壁倾角方便进行夹持和放置等操作、内壁倾角方便尾料脱模的目的。本实用新型中的坩埚内壁倾角大于坩埚外壁倾角，使得所述坩埚壁的上沿比下端薄，使得坩埚上沿的散热面积减少，降低其向上的传热量。在本实用新型中，所述坩埚内壁的倾角优选为3°～6°，更优选为3°～4°；所述坩埚外壁的倾角优选为1°～2°，更优选为1°。合适的倾角角度能够改善坩埚内熔体的液流状况，有利于提高晶体质量。
本实用新型提供的坩埚包括坩埚底2，所述坩埚底优选为倒圆锥形状，所述倒圆锥的圆形底面与所述坩埚壁的下端紧密结合在一起，形成一体，所述倒圆锥的顶部有开口。在本实用新型中，所述坩埚底的放肩角(即所述倒圆锥的顶角)，优选为120°～150°，更优选为130°～140°，太小的放肩角会导致晶体原料的浪费，过大的放肩角容易产生多晶。
本实用新型提供的坩埚包括籽晶槽3，所述籽晶槽的底部密封，上端与所述坩埚底的底部(倒圆锥的锥顶)紧密连接在一起，形成一体。所述籽晶槽优选为圆柱形状，有内腔，所述内腔与所述坩埚底的开口相通。在本实用新型中，所述籽晶槽的内径优选为4～6mm，更优选为5mm；本实用新型发现，直径为5mm的籽晶最有利于避免多晶的生长，生长的晶体质量较好。本实用新型对所述籽晶槽的外径尺寸没有特殊的限制，能够与所述坩埚底相匹配即可。
在本实用新型中，所述坩埚优选为氮化硼陶瓷坩埚或石英坩埚；所述坩埚优选应用于对以下几种晶体的生长：砷化镓、磷化镓、砷化铟和磷化铟中的一种或几种；所述坩埚中，任意两个面相交的位置都有一定角度的倒角，有利于避免坩埚的磕损或擦伤皮肤。本实用新型对所述倒角的角度没有特殊的限制，采用本领域技术人员常规设定的角度即可。
本实用新型对所述坩埚的大小没有特殊的限制，能够满足实际的生产需求即可。
本实用新型提供了一种用于晶体生长的坩埚，包括：坩埚壁和坩埚底，所述坩埚底设置有籽晶槽，其特征在于，所述坩埚壁包括坩埚内壁和坩埚外壁，所述坩埚内壁和坩埚外壁具有倾角；所述坩埚内壁的倾角大于所述坩埚外壁的倾角。本实用新型提供的坩埚侧壁上沿薄，下端厚，使得坩埚上沿散热面积减少，降低其向上的传热量，有利于改善坩埚内的热流情况和液流状况，起到稳定晶体生长界面的作用，提高晶体的产品质量。
另外，本实用新型提供的坩埚结构和操作简单，生长过程中没有任何机械扰动，装置维护方便，使用寿命长，显著的提高了晶体的成晶率，降低了晶体的生长成本。
实施例1
使用本实用新型设计的坩埚，坩埚材质为石英玻璃；坩埚内倾角3°；外倾角1°；坩埚高100mm；直径100mm(上沿外径)；坩埚底部放肩角为120°。
将直径为5mm的(100方向)向砷化镓单晶籽晶放置在籽晶槽内；将砷化镓多晶及氧化硼原料放置在坩埚内，并将坩埚置于单晶炉中，升温化料，采用垂直温度梯度法生长单晶。
晶体生长过程稳定；晶体直径60mm，等径良好；晶体质量良好，按照GB/T8760的要求测试晶体的位错密度，结果为晶体平均位错密度在3000/cm2左右，局部位错密度在500/cm2以下；按照国标GB/T4326的要求测试得到的霍耳电阻率≥107Ω·cm；迁移率6000cm2/Vs左右；晶体平均成晶率约为80％；晶体切片抛光后，晶片质量良好，无生长纹。
实施例2
实用本实用新型设计的坩埚，坩埚材质为热解氮化硼陶瓷；坩埚内倾角4°；外倾角1°；坩埚高80mm；直径120mm(上沿外径)；坩埚底部放肩角为150°。
将直径为5mm的(100方向)向磷化铟单晶籽晶放置在籽晶槽内；将磷化铟多晶、氧化硼原料及铁掺杂剂放置在坩埚内，并将坩埚置于单晶炉中，升温化料，采用垂直温度梯度法生长单晶。
晶体生长过程稳定；晶体直径80mm，等径良好；晶体质量良好，按照GB/T8760的要求测试晶体的位错密度，结果为晶体平均位错密度在4000/cm2左右，局部位错密度在500/cm2以下；按照SJ/T3244的要求测试得到的载流子浓度<1016/cm3；迁移率3000cm2/Vs左右；晶体平均成晶率约为40％；晶体切片抛光后，晶片质量良好，无生长纹。
实施例3
实用本实用新型设计的坩埚，坩埚材质为热解氮化硼陶瓷；坩埚内倾角3°；外倾角1°；坩埚高120mm；直径80mm(上沿外径)；坩埚底部放肩角为135°。
将直径为5mm的(100方向)向磷化铟单晶籽晶放置在籽晶槽内；将磷化铟多晶、氧化硼原料及硫掺杂剂放置在坩埚内，并将坩埚置于单晶炉中，升温化料，采用垂直温度梯度法生长单晶。
晶体生长过程稳定；晶体直径55mm，等径良好；晶体质量良好；按照SJ/T3245的要求，测得的晶体平均位错密度在4000/cm2左右，局部位错密度在500/cm2以下；按照SJ/T3244的要求测试得到的载流子浓度<1016/cm3；迁移率3000cm2/Vs左右；晶体平均成晶率约为40％；晶体切片抛光后，晶片质量良好，无生长纹。
实施例4
实用本实用新型设计的坩埚，坩埚材质为石英玻璃；坩埚内倾角3°；外倾角1°；坩埚高80mm；直径120mm(上沿外径)；坩埚底部放肩角为120°。
将直径为5mm的(100)向砷化镓单晶籽晶放置在籽晶槽内；将砷化镓多晶及氧化硼原料放置在坩埚内，并将坩埚置于单晶炉中，升温化料，采用垂直温度梯度法生长单晶。
晶体生长过程稳定；晶体直径80mm，等径良好；晶体质量良好，按照GB/T8760的要求测试的晶体平均位错密度在3000/cm2左右，局部位错密度在500/cm2以下；按照国标GB/T4326的要求测试得到的霍耳电阻率≥107Ω·cm；迁移率6000cm2/Vs左右；晶体平均成晶率约为80％；晶体切片抛光后，晶片质量良好，无生长纹。
Claims (8)
1.一种用于晶体生长的坩埚，包括：坩埚壁和坩埚底，所述坩埚底设置有籽晶槽，其特征在于，所述坩埚壁包括坩埚内壁和坩埚外壁，所述坩埚内壁和坩埚外壁具有倾角；
所述坩埚内壁的倾角大于所述坩埚外壁的倾角。
2.根据权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述坩埚内壁的倾角为3°～6°；
所述坩埚外壁的倾角为1°～2°。
3.根据权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述坩埚内壁的倾角为3°～4°；
所述坩埚外壁的倾角为1°。
4.根据权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述坩埚底为倒圆锥形。
5.根据权利要求4所述的坩埚，其特征在于，所述坩埚底的放肩角为120°～150°。
6.根据权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述籽晶槽的内径为4～6mm。
7.根据权利要求6所述的坩埚，其特征在于，所述籽晶槽的内径为5mm。
8.根据权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述坩埚为氮化硼陶瓷坩埚或石英坩埚。
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|---|---|---|---|---|
| CN105648520A (zh) * | 2016-03-18 | 2016-06-08 | 江苏中电振华晶体技术有限公司 | 一种强化引晶温度信号的籽晶及用该籽晶的引晶方法 |
| CN107227493A (zh) * | 2017-07-11 | 2017-10-03 | 江苏星特亮科技有限公司 | 一种组装式坩埚 |
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Legal Events
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180502 Address after: 511875 Industrial Zone, wo Yun town, Qingxin County, Qingyuan, Guangdong (beside the fish dam road) Patentee after: Guangdong Vital Rare Material Co., Ltd. Address before: 511517 Qingyuan 27-9 high tech Industrial Park, Guangdong Patentee before: Qingyuan Xiandao Materials Co., Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180625 Address after: 404000 Chongqing Wanzhou Jing Kai District Peak Garden (Wanzhou Jing Kai District) Patentee after: Viking microelectronic Limited by Share Ltd Address before: 511875 Industrial Zone, wo Yun town, Qingxin County, Qingyuan, Guangdong (beside the fish dam road) Patentee before: Guangdong Vital Rare Material Co., Ltd. |
|
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