本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的晶體生長爐。

背景技術(shù)：

InP是較早被研制出來的Ⅲ-Ⅴ族化合物，隨著光纖通信、高速電子器件、高效太陽能電池以及激光二極管的迅猛發(fā)展。InP晶體系列的一系列優(yōu)越特性得以發(fā)揮，越來越引起人們的重視和關(guān)住。

目前InP的生長方法應(yīng)用較多的是VGF法。垂直梯度凝固(VGF)方法是生長低位錯(cuò)、高質(zhì)量化合物單晶的主要工藝技術(shù)之一。VGF方法生長化合物單晶，采用多段加熱結(jié)構(gòu)的加熱器，可精確建立垂直方向的溫度梯度，使化合物定向凝固生長。該方法生長化合物單晶時(shí)，熱場溫度梯度小，從而晶體應(yīng)力小，位錯(cuò)密度低，電學(xué)參數(shù)均勻。

但還存在一些問題，如：晶體合成時(shí)間長，要靠人工方式將坩堝放入或移出晶體爐，增加了人工成本，降低了晶體的生產(chǎn)的效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生長InP的晶體生長爐，采用VGF生長法連續(xù)生產(chǎn)單晶，提高了合成效率，減少了工藝環(huán)節(jié)，也可進(jìn)行其他Ⅲ-Ⅴ族化合物單晶的生長。

本發(fā)明所述的一種可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生長的晶體生長爐，包括水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)、爐體、垂直提升機(jī)構(gòu)、坩堝組件，多個(gè)坩堝組件經(jīng)過水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)和垂直提升機(jī)構(gòu)依次移動(dòng)到爐體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)生產(chǎn)。

優(yōu)選地，多個(gè)坩堝組件，等間隔安放在水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，通過垂直提升機(jī)構(gòu)將其中一個(gè)坩堝組件提升到爐體內(nèi)生長，生長結(jié)束后自動(dòng)下降到水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，同時(shí)下一個(gè)坩堝組件前行到垂直提升機(jī)構(gòu)下方，通過坩堝組件連續(xù)不斷的自動(dòng)進(jìn)行晶體生產(chǎn)。

優(yōu)選地，所述水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)由水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)支架和水平輸送帶組成，水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)支架固定于地面上，水平輸送帶安裝在水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)支架1頂部，控制坩堝組件在水平方向上的位置。

優(yōu)選地，所述爐體的鎖緊法蘭將所述坩堝組件中的密封法蘭襯板鎖緊，密封法蘭襯板為多邊凸起形狀，而鎖緊法蘭形成與之契合的形狀，形成爐體密封空間。

優(yōu)選地，所述水平輸送帶往一個(gè)固定的方向運(yùn)動(dòng)，可擴(kuò)展延長長度，形成流水線。

優(yōu)選地，生產(chǎn)單晶時(shí)，通過爐體底部鎖緊法蘭可以將坩堝組件固定于爐體內(nèi)，形成密封環(huán)境；晶體生長結(jié)束后，松開爐體鎖緊法蘭，通過垂直升降機(jī)構(gòu)將坩堝組件降下到水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)上運(yùn)走，開始下一個(gè)坩堝組件的晶體生長。

優(yōu)選地，爐體為耐高壓容器，爐體外層材質(zhì)為不銹鋼，內(nèi)部通冷卻水，使整個(gè)爐體表面溫度維持在室溫左右，保護(hù)各個(gè)部位的密封件不被高溫變形。

優(yōu)選地，垂直提升機(jī)構(gòu)由氣缸垂直升降杠構(gòu)成，控制坩堝組件的提升和下降，晶體生長時(shí)，垂直升降桿處于伸長狀態(tài)，晶體生長完畢后垂直升降桿處于縮回狀態(tài)，坩堝組件降到水平輸送帶上，由水平輸送帶運(yùn)輸離開垂直升降桿，同時(shí)下一個(gè)已裝好物料的坩堝組件移動(dòng)到垂直升降桿上中心對(duì)準(zhǔn)的位置，通過垂直升降桿提升到爐體內(nèi)進(jìn)行晶體生長。

優(yōu)選地，坩堝組件從下往上依次由：密封法蘭襯板、坩堝底板、石墨支撐座、坩堝構(gòu)成，密封法蘭襯板中間設(shè)有突起柱，用于固定坩堝底板，坩堝底板下部有設(shè)有凹槽，用于契合連接密封法蘭襯板，坩堝底板上部設(shè)有定位銷，用于支撐石墨支撐座和坩堝。

優(yōu)選地，晶體生長所需的反應(yīng)物添加到坩堝內(nèi)部，生長磷化銦時(shí)，將磷化銦籽晶、磷化銦多晶和微量紅磷添加到坩堝，再在物料表面填充三氧化二硼，進(jìn)行晶體生長，得到磷化銦單晶；生長其他Ⅲ-Ⅴ族化合物單晶時(shí)，將坩堝內(nèi)的成分換成相應(yīng)晶體的杍晶多晶材料，表面再填充三氧化二硼，進(jìn)行晶體生長得到所需生長的Ⅲ-Ⅴ族化合物單晶。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：采用VGF生長法連續(xù)生產(chǎn)單晶，提高了合成效率，減少了工藝環(huán)節(jié)，也可進(jìn)行其他Ⅲ-Ⅴ族化合物單晶的生長。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生長InP的晶體生長爐，采用垂直梯度凝固法，將磷化銦籽晶、磷化銦多晶、三氧化二硼和紅磷進(jìn)行加熱，進(jìn)行晶體生長，得到磷化銦單晶。無需添加鐵或硫等摻雜劑，即可得到位錯(cuò)密度較低的磷化銦單晶，通過多坩堝備料可以實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)生產(chǎn)，簡化了工藝，節(jié)約了成本和時(shí)間。

附圖說明

通過結(jié)合下面附圖對(duì)其實(shí)施例進(jìn)行描述，本發(fā)明的上述特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚和容易理解。

圖1是本發(fā)明晶體生長時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明晶體運(yùn)輸時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明密封法蘭襯板和鎖緊法蘭的俯視圖。

圖中:1、水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)支架，2、爐體支架，3、垂直升降杠，4、水平輸送帶，5、密封法蘭襯板，6、坩堝底板，7、石墨支撐座，8、坩堝，9、鎖緊法蘭，10、爐體外層，11、保溫層，12、加熱器，13、石英管。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖來描述本發(fā)明所述的實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式或其組合對(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。此外，在本說明書中，附圖未按比例畫出，并且相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。

下面結(jié)合圖1-3來詳細(xì)說明本實(shí)施例。圖1本發(fā)明晶體生長時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明晶體運(yùn)輸時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

本發(fā)明包括：水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)、爐體、垂直提升機(jī)構(gòu)、坩堝組件，多個(gè)坩堝組件經(jīng)過水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)和垂直提升機(jī)構(gòu)依次移動(dòng)到爐體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)生產(chǎn)。

水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)：由水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)支架1和水平輸送帶4組成。水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)支架1固定于地面上，水平輸送帶4安裝在水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)支架1頂部，由電機(jī)拖動(dòng)。生產(chǎn)時(shí)，水平輸送帶4控制坩堝組件在水平方向上的位置，參與連續(xù)生產(chǎn)的運(yùn)動(dòng)過程。由水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)支架1至少由2個(gè)支架構(gòu)成。優(yōu)選地，水平輸送帶4往一個(gè)固定的方向運(yùn)動(dòng)，可以擴(kuò)展延長長度，形成流水線。

爐體由：爐體支架2、鎖緊法蘭9、爐體外層10、保溫層11、加熱器12、石英管13構(gòu)成。爐體支架2垂直立于地面上，至少由2個(gè)支架構(gòu)成，爐體支架2上部連接固定爐體外層10。爐體從外部往內(nèi)部依次為爐體外層10、保溫層11、加熱器12、石英管13。鎖緊法蘭9位于爐體外層10的下部。

圖3是本發(fā)明密封法蘭襯板和鎖緊法蘭的俯視圖。單晶晶體生長時(shí)，坩堝組件提升到位爐體內(nèi)，鎖緊法蘭9將坩堝組件中的密封法蘭襯板5鎖緊，形成爐體密封空間。爐體為耐高壓容器，爐體外層10材質(zhì)為不銹鋼，內(nèi)部通冷卻水，使整個(gè)爐體表面溫度維持在室溫左右，保護(hù)各個(gè)部位的密封件不被高溫變形。密封法蘭襯板5為多邊凸起形狀，而鎖緊法蘭9形成與之契合的形狀。

垂直提升機(jī)構(gòu)由氣缸垂直升降杠3構(gòu)成，上升行程大概800毫米，控制坩堝組件的提升和下降。晶體生長時(shí)，垂直升降桿3處于伸長狀態(tài)(如圖1)，晶體生長完畢后垂直升降桿3處于縮回狀態(tài)(如圖2)，坩堝組件降到水平輸送帶4上，由水平輸送帶4運(yùn)輸離開垂直升降桿3，同時(shí)下一個(gè)已裝好物料的坩堝組件移動(dòng)到垂直升降桿3上中心對(duì)準(zhǔn)的位置，通過垂直升降桿3提升到爐體內(nèi)進(jìn)行晶體生長。

坩堝組件從下往上依次由：密封法蘭襯板5、坩堝底板6、石墨支撐座7、坩堝8構(gòu)成。石墨支撐座7支撐坩堝8，密封法蘭襯板5中間設(shè)有突起柱，用于固定坩堝底板6，坩堝底板6下部有設(shè)有凹槽，用于契合連接密封法蘭襯板5，坩堝底板6上部設(shè)有定位銷，用于支撐石墨支撐座7和坩堝8。

晶體生長所需的反應(yīng)物添加到坩堝8內(nèi)部。生長磷化銦時(shí)，將磷化銦籽晶、磷化銦多晶和微量紅磷添加到坩堝8，再在物料表面填充三氧化二硼，進(jìn)行晶體生長，得到磷化銦單晶。生長其他Ⅲ-Ⅴ族化合物單晶時(shí)，將坩堝內(nèi)的成分換成相應(yīng)晶體的杍晶多晶材料，表面再填充三氧化二硼，進(jìn)行晶體生長得到所需生長的Ⅲ-Ⅴ族化合物單晶。

本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生長InP的晶體生長爐，采用VGF法生長單晶，其中，將多個(gè)坩堝組件6，等間隔安放在水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，通過垂直提升機(jī)構(gòu)將其中一個(gè)坩堝組件6提升到爐體內(nèi)生長，生長結(jié)束后自動(dòng)下降到水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，同時(shí)下一個(gè)坩堝組件前行到垂直升降桿3中心處，通過坩堝組件連續(xù)不斷的自動(dòng)進(jìn)行晶體生產(chǎn)。

生產(chǎn)單晶時(shí)，先將磷化銦杍晶、磷化銦多晶、三氧化二硼以及微量紅磷裝入坩堝內(nèi)，坩堝組件經(jīng)過水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)和垂直提升機(jī)構(gòu)移動(dòng)到爐體內(nèi)，通過爐體底部鎖緊法蘭可以將坩堝組件固定于爐體內(nèi)，形成密封環(huán)境。當(dāng)坩堝組件位與爐體內(nèi)部時(shí)，筒狀的加熱器包繞在坩禍的四周，加熱時(shí)形成可控的高精度溫度梯度，采用VGF生長法，晶體開始生長。晶體生長結(jié)束后，松開爐體鎖緊法蘭，通過垂直升降機(jī)構(gòu)將坩堝組件降下到水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)上運(yùn)走，開始下一個(gè)坩堝組件的晶體生長。

通過改變坩堝組件晶體反應(yīng)物的成分，只需將坩堝內(nèi)的成分換成相應(yīng)晶體的杍晶、多晶材料，表面再填充三氧化二硼就可實(shí)現(xiàn)晶體生長，如GaAs、GaP、AlP、InSb等化合物半導(dǎo)體材料，可以連續(xù)生長不同類型的Ⅲ-Ⅴ族化合物單晶，提高了合成效率，減少了工藝環(huán)節(jié)，節(jié)省了專門的合成設(shè)備，降低了晶體成本。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。