CN215887309U - 一种砷化镓多晶的合成装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种砷化镓多晶的合成装置，涉及多晶合成技术领域。本实用新型提供的砷化镓多晶的合成装置包括炉体、若干个加热炉丝和第一坩埚，所述加热炉丝设置于所述炉体的内壁与所述第一坩埚之间，各个所述加热炉丝平行排列，所述第一坩埚的内径为6英寸。采用本实用新型的砷化镓多晶的合成装置可以一次生产6英寸砷化镓多晶料，操作简单，生产的6英寸砷化镓多晶料可直接应用于制备6英寸砷化镓单晶料。

Description

一种砷化镓多晶的合成装置

技术领域

本实用新型涉及多晶合成装置技术领域，特别涉及一种砷化镓多晶的合成装置。

背景技术

目前国内砷化镓生产多晶料的工艺方法为HB法(水平布里奇曼法)，其使用石英管进行真空封接，制备的多晶料大多数是2英寸、3英寸的多晶料，这些多晶料主要用来生产4英寸、6英寸单晶。而以2英寸、3英寸的多晶料作为生长单晶的原材料，在生产直径为4英寸的单晶时勉强可以达到较好的成晶率，但是生产直径6英寸的单晶，会严重影响单晶的成晶率。出现上述问题的原因是：(1)2英寸与3英寸料过多，表面积增大，在洁净清洗完毕后表面附着的氧分子会较多；(2)2英寸与3英寸料过多，在装料、运输、装炉过程会破坏坩埚内壁，如果氧分子过多与坩埚内壁破损会严重影响单晶生长，由此导致6英寸单晶成晶率很低。

随着市场对大直径单晶料的需求不断增大，而使用2英寸与3英寸砷化镓多晶料来生产6英寸单晶料操作复杂，但目前还没有一种可直接生产6英寸砷化镓多晶料的装置。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种砷化镓多晶的合成装置，本实用新型提供的砷化镓多晶的合成装置可以一次生产6英寸砷化镓多晶料，操作简单，生产的6英寸砷化镓多晶料可直接应用于制备6英寸砷化镓单晶料。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种砷化镓多晶的合成装置，包括炉体、若干个加热炉丝和第一坩埚，所述加热炉丝设置于所述炉体的内壁与所述第一坩埚之间，各个所述加热炉丝平行排列，所述第一坩埚的内径为6英寸。

本实用新型技术方案中，在合成装置的炉体内设置若干个平行排列的加热炉丝，且各个加热炉丝的温度可进行独立调节，因而各个加热炉丝可形成对应的加热控温区域，通过控制各个加热炉丝的温度，可以在炉体内部不同区域形成温度梯度，使得第一坩埚中盛放的熔融砷化镓内部不同深度的温度不同，从而实现熔融砷化镓的分阶段降温。将加热炉丝设置于炉体3的内壁与第一坩埚4之间，可以使炉丝在对坩埚进行温度控制的同时，避免炉丝不直接与炉体3的内壁直接接触，使其能良好的散热，防止炉丝过热熔断。并且，本申请的第一坩埚的内径为6英寸，是专门针对6英寸砷化镓多晶料进行设计的，第一坩埚的尺寸和加热炉丝的平行分布，可实现6英寸砷化镓多晶料的高效合成。

作为本实用新型所述砷化镓多晶的合成装置的优选实施方式，所述加热炉丝之间的间隔距离相等。

本实用新型技术方案中，可将加热炉丝之间的间隔距离设置为相等，即将炉体内部的控温区域等距离排列。

作为本实用新型所述砷化镓多晶的合成装置的优选实施方式，所述加热炉丝的个数为5-7个。

申请人经过大量实验总结，在炉体内部设置5-7个加热炉丝，即在炉体内部设置5-7个控温区域，可以提高6英寸砷化镓多晶的成晶率。

作为本实用新型所述砷化镓多晶的合成装置的优选实施方式，所述加热炉丝的个数为6个，所述加热炉丝自底部向上分别为第一加热炉丝、第二加热炉丝、第三加热炉丝、第四加热炉丝、第五加热炉丝和第六加热炉丝。

本实用新型技术方案中，6个加热炉丝对应为炉体内部6个控温区域，此时，可保证6英寸砷化镓多晶的成品率最高，且质量最佳。

作为本实用新型所述砷化镓多晶的合成装置的优选实施方式，所述第一坩埚设置于所述炉体的底部，所述第一坩埚的高度介于所述第二加热炉丝和所述第三加热炉丝之间。

作为本实用新型所述砷化镓多晶的合成装置的优选实施方式，还包括第二坩埚，所述第二坩埚通过支架固定于所述炉体的中部；所述第二坩埚的底部高于所述第一坩埚的顶部。所述第二坩埚的底部设置导流管，所述导流管的末端朝向所述第一坩埚的开口处。

目前在生产砷化镓晶片中，整个流程包括如下工序：多晶合成-单晶生产-晶体加工-切-磨-抛-洗，上述每一个工序都会产生废料，导致总体成品率不到50％，而目前还没有一种设备能对其废料进行回收利用。考虑到砷化镓原材料高纯砷与高纯镓价格昂贵，本实用新型在合成装置中增设第二坩埚，第二坩埚通过支架固定于炉体的中部，并在第二坩埚的底部设置导流管，导流管的末端朝向第一坩埚的开口处，在第一坩埚中盛放砷化镓废料，砷化镓废料在高温下熔融后，由于砷化镓晶体具有独特的排异性，砷化镓多晶回收料中含有的杂质会残留在第二坩埚中盛放的熔融液体上表面，因而在第二坩埚的下部为纯净的液态砷化镓，液态砷化镓通过导流管流入第一坩埚中，再次进行冷凝结晶形成多晶料，从而实现了砷化镓废料的回收利用，大大降低了生产成本。

作为本实用新型所述砷化镓多晶的合成装置的优选实施方式，所述第一坩埚、所述第二坩埚和所述导流管的材质为氮化硼。

本实用新型技术方案中，由于加热过程中炉内温度可达上千度，因而选用耐高温的氮化硼作为坩埚和导流管的生产材料，其中，第一坩埚和第二坩埚的厚度为1mm，第一坩埚的高度为8英寸。

作为本实用新型所述砷化镓多晶的合成装置的优选实施方式，所述炉体上还设置有真空炉开关装置和抽真空开关装置。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果为：

本实用新型技术方案通过在合成装置的炉体内设置若干个平行排列的加热炉丝，且各个加热炉丝的温度可进行独立调节，因而各个加热炉丝可形成对应的加热控温区域，通过控制各个加热炉丝的温度，可以在炉体内部不同区域形成温度梯度，使得第一坩埚中盛放的熔融砷化镓内部不同深度的温度不同，从而实现熔融砷化镓的分阶段降温。并且，本申请的第一坩埚的内径为6英寸，是专门针对6英寸砷化镓多晶料进行设计的，第一坩埚的尺寸和加热炉丝的平行分布，可实现6英寸砷化镓多晶料的高效合成，采用本实用新型的砷化镓多晶的合成装置可以一次生产6英寸砷化镓多晶料，操作简单，生产的6英寸砷化镓多晶料可直接应用于制备6英寸砷化镓单晶料。

附图说明

图1为本实用新型合成装置一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型合成装置另一实施例的结构示意图；

其中附图标记为：1-抽真空开关装置，2-真空炉开关装置，3-炉体，4-第一坩埚，5-加热炉丝，6-支架，7-导流管，8-第二坩埚；51-第一加热炉丝，52-第二加热炉丝，53-第三加热炉丝，54-第四加热炉丝，55-第五加热炉丝，56-第六加热炉丝。

具体实施方式

为更好地说明本实用新型的目的、技术方案和优点，下面将通过具体实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1

本实施例的砷化镓多晶合成装置如图1所示，砷化镓多晶合成装置包括炉体3，炉体3的上部设置有真空炉开关装置2，抽真空开关装置1，在炉体3的内壁与第一坩埚4中间的空白区域设置有加热炉丝5，炉体3的底部设置有第一坩埚4，第一坩埚4的内径为6英寸，厚度是1mm，高度8英寸。其中，加热炉丝5包括第一加热炉丝51、第二加热炉丝52、第三加热炉丝53、第四加热炉丝54、第五加热炉丝55和第六加热炉丝56共计六个，六个加热炉丝相互平行排列，且六个加热炉丝的温度可独立调节，从而可在炉体3的内部形成6段控温区域。

第一坩埚4采用氮化硼材质，用于盛放单质镓，所述第一坩埚的高度介于所述第二加热炉丝和所述第三加热炉丝之间，在砷化镓合成过程中，单质砷在618℃时直接升华成蒸汽，镓的熔点为29.8℃，镓的沸点为2403℃，砷化镓的熔点为1238℃，通过控制炉内的温度，可实现单质镓在熔融状态下与砷蒸汽不断接触发生化学反应生成砷化镓。在该反应过程中，单质砷最初可至于炉内任意位置，随着加热炉丝5开始升温，炉内温度到达618℃，单质砷升华成蒸汽，充斥于炉体内部，再通过蒸汽的扩散作用不断与第一坩埚4内的熔融单质镓发生反应，生成砷化镓。

实施例2

本实施例的砷化镓多晶合成装置如图2所示，在实施例1的基础上，砷化镓多晶合成装置还包括设置于支架6上的第二坩埚8，第二坩埚8的底部高于第一坩埚4的顶部，且第二坩埚的底部设置导流管7，导流管7的末端朝向第一坩埚的开口处，第一坩埚8、导流管7也采用氮化硼材质。

在本实施例中，第二坩埚8可用于盛放单质砷，此时，第一坩埚4用于盛放单质镓，砷化镓的合成过程同实施例1。

在本实施例中，第二坩埚8还可以用于盛放砷化镓多晶回收料，此时，第一坩埚4则不盛放任何物质，随着加热炉丝5开始升温，砷化镓多晶回收料在第二坩埚8里面高温下融成液体，由于砷化镓晶体具有独特的排异性，砷化镓多晶回收料中含有的杂质会残留在第二坩埚8中盛放的熔融液体上表面，因而在第二坩埚8的下部为纯净的液态砷化镓，液态砷化镓通过导流管7流入第一坩埚4中，在此通过控制第一加热炉丝51、第二加热炉丝52、第三加热炉丝53、第四加热炉丝54、第五加热炉丝55和第六加热炉丝56的温度，实现砷化镓晶体的冷凝，最终得到纯化的砷化镓多晶。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种砷化镓多晶的合成装置，其特征在于，包括炉体、若干个加热炉丝和第一坩埚，所述加热炉丝设置于所述炉体的内壁与所述第一坩埚之间，各个所述加热炉丝平行排列，所述第一坩埚的内径为6英寸。

2.如权利要求1所述的合成装置，其特征在于，所述加热炉丝之间的间隔距离相等。

3.如权利要求1所述的合成装置，其特征在于，所述加热炉丝的个数为5-7个。

4.如权利要求3所述的合成装置，其特征在于，所述加热炉丝的个数为6个，所述加热炉丝自底部向上分别为第一加热炉丝、第二加热炉丝、第三加热炉丝、第四加热炉丝、第五加热炉丝和第六加热炉丝。

5.如权利要求4所述的合成装置，其特征在于，所述第一坩埚设置于所述炉体的底部，所述第一坩埚的高度介于所述第二加热炉丝和所述第三加热炉丝之间。

6.如权利要求1-5任一项所述的合成装置，其特征在于，还包括第二坩埚，所述第二坩埚通过支架固定于所述炉体的中部。

7.如权利要求6所述的合成装置，其特征在于，所述第二坩埚的底部高于所述第一坩埚的顶部。

8.如权利要求7所述的合成装置，其特征在于，所述第二坩埚的底部设置导流管，所述导流管的末端朝向所述第一坩埚的开口处。

9.如权利要求8所述的合成装置，其特征在于，所述第一坩埚、所述第二坩埚和所述导流管的材质为氮化硼。

10.如权利要求1所述的合成装置，其特征在于，所述炉体上还设置有真空炉开关装置和抽真空开关装置。

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