專利名稱：一種用于合成GaAs半導(dǎo)體的水平合成爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于合成半導(dǎo)體的水平爐技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于合成GaAs半 導(dǎo)體的水平合成爐。
背景技術(shù)：
GaAs水平單晶以其位錯密度低且均勻，雜質(zhì)分布均勻而著稱，在光電(低阻)器件 襯底材料領(lǐng)域占有非常重要的地位，又用于LED器件襯底多以摻硅為主，水平法中單晶是 在硅氣氛中生長的，生長舟為石英舟，生長過程中不引入其它雜質(zhì)，有利于提高LED器件的 發(fā)光效率和發(fā)光強(qiáng)度。在光電領(lǐng)域，現(xiàn)今制備GaAs半導(dǎo)體水平單晶的方法主要是水平布里奇曼法(HB)， 在制備單晶前要合成GaAs半導(dǎo)體多晶料。合成GaAs多晶的方法有多種，直接利用兩種元 素反應(yīng)生成化合物半導(dǎo)體是最廣泛，最成熟的方法。在合成GaAs半導(dǎo)體時，將單質(zhì)As和液 體Ga分開放入石英玻璃管內(nèi)，單質(zhì)As經(jīng)加熱升華擴(kuò)散進(jìn)入高溫的Ga液中形成GaAs熔體， 用反應(yīng)式可以表示為(1-x) Ga+xAs — GapxAsx控制As加熱區(qū)的溫度，當(dāng)液相中的As組分達(dá)到50%比例時，反應(yīng)達(dá)到平衡，得到 的GaAs液相便是化學(xué)計量比為1 1的組分，降溫便得到組分為1 1的GaAs晶體。如 果采用普通的單一溫度分布的熱場，在降溫過程中，在多晶料中經(jīng)常出現(xiàn)出現(xiàn)氣孔，合成過 程中也出現(xiàn)炸管等現(xiàn)象。多年來，國內(nèi)外相關(guān)公司和研究機(jī)構(gòu)都在研究合成爐，如何設(shè)計一種高效、穩(wěn)定的 GaAs合成爐成為了 GaAs單晶生產(chǎn)和科研中的焦點(diǎn)問題。本公司通過大量的試驗(yàn)和摸索，開 發(fā)出了九段加熱模式的GaAs合成爐。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種合成爐結(jié)構(gòu)，通過溫度調(diào)整，可以在合成爐中形 成非常優(yōu)化的熱場，有利于穩(wěn)定，高效的生長組分均一的GaAs多晶。一種用于合成GaAs半導(dǎo)體的水平合成爐，該合成爐由九段加熱區(qū)構(gòu)成，每一個加 熱區(qū)都是獨(dú)立的，加熱區(qū)之間無縫對接，無縫對接的加熱區(qū)置于爐殼中形成整個合成爐加 熱體，各加熱區(qū)的中空部分連接在一起構(gòu)成爐膛，各加熱區(qū)的側(cè)面設(shè)置熱偶孔。熱偶孔可置于各加熱區(qū)的側(cè)面中心位置處，每一個加熱區(qū)在多晶合成的不同時段 有其特定的作用。熱電偶通過熱偶孔插入爐膛中。每一個加熱區(qū)中安裝一對鉬/鉬銠熱電偶，熱電偶通過補(bǔ)償導(dǎo)線與外部控溫設(shè)備 相連接。通過外部控溫設(shè)備來調(diào)節(jié)每一個加熱區(qū)的溫度。可在加熱體上設(shè)置觀察窗口以方便觀察。所述的合成爐還可設(shè)置調(diào)平系統(tǒng)。[0014]本實(shí)用新型設(shè)計的合成爐體外型為長方體或圓柱體形狀。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型具有外延性，能適當(dāng)?shù)脑黾痈鞫渭訜釁^(qū)的長度，能一次性大量地合成多晶料。2、適用面廣，通過對各溫區(qū)的調(diào)節(jié)，可以形成不同的熱場，能適應(yīng)不同雜質(zhì)、不同 摻雜濃度多晶的生長。3、合成爐熱場優(yōu)化，很好地克服多晶料中出現(xiàn)氣孔、炸管等現(xiàn)象。
圖1是合成反應(yīng)管的示意圖；圖2是某一加熱區(qū)的橫向剖面圖；圖3是九段加熱區(qū)合成爐體示意圖；圖4為實(shí)驗(yàn)測溫曲線；圖5是合成爐整體縱向剖面圖；圖中標(biāo)號1-爐殼；2-加熱區(qū)；3-熱偶孔；4-爐膛；5-合成爐加熱體；6_支撐管-J-支架； 8-調(diào)平系統(tǒng)；9-加熱體上的觀察窗口 ； 10-爐門；11-合成石英管；14-單質(zhì)As區(qū)；15-單質(zhì) Ga區(qū)；16-石英泡上的開孔；21-加熱區(qū)的中空部分；22-加熱體部分；23-熱電偶；24-補(bǔ)償 導(dǎo)線；25-外部控溫設(shè)備。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)附圖結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型所設(shè)計的九段加熱區(qū)合成爐的結(jié)構(gòu) 及實(shí)施方式作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例圖1所示為合成反應(yīng)管的示意圖，其1區(qū)(標(biāo)號14代表的區(qū)域)為單質(zhì)As區(qū)，2 區(qū)(標(biāo)號15代表的區(qū)域)為單質(zhì)Ga區(qū)，其一區(qū)二區(qū)用石英泡隔離，石英泡上的開孔16用 于氣態(tài)As擴(kuò)散到單質(zhì)Ga區(qū)化合成GaAs多晶。圖2所示的是某一加熱區(qū)的橫向剖面圖，其中還包括熱電偶的連接。21是加熱區(qū) 中空部分(爐膛的一部分)，22是加熱體部分，23是鉬/鉬銠熱電偶，熱電偶從加熱區(qū)側(cè)面 的中心插入爐膛中，插入深度可以根據(jù)實(shí)際情況自行調(diào)節(jié)。熱電偶通過補(bǔ)償導(dǎo)線24與外部 控溫設(shè)備25相連。每一個加熱區(qū)都安裝一個鉬/鉬銠熱電偶，且回路封閉，可以實(shí)現(xiàn)對各 段加熱區(qū)的溫度調(diào)控，溫度控制精度可達(dá)0. 1°C。圖3所示為九段加熱區(qū)合成爐體示意圖，1為爐殼，2為加熱區(qū)(包括I-IX區(qū))， 3為熱偶孔，4為爐膛，加熱區(qū)2 (包括I-IX區(qū))無縫對接后放入爐殼中形成整個合成爐加 熱體，各加熱區(qū)的中空部分連接在一起構(gòu)成爐膛4，熱偶孔3位于各加熱區(qū)的側(cè)面的中心位 置，熱電偶通過熱偶孔插入爐膛中。具體到各加熱區(qū)，I-VIII區(qū)為高溫區(qū)，IX區(qū)為低溫區(qū)， 加熱區(qū)的作用為=I-VIII區(qū)為高溫區(qū)，合成初期通過升高高溫區(qū)的溫度將液態(tài)的鎵溫度升 高到高于GaAs結(jié)晶溫度，使合成的GaAs在舟中均勻分布。IX區(qū)的加熱裝置將固態(tài)的As升 化，通過玻璃孔進(jìn)入高溫區(qū)與As化合生成GaAs多晶料。[0031]在合成前應(yīng)該對爐溫進(jìn)行測量，圖4為實(shí)驗(yàn)測溫曲線，該曲線經(jīng)過若干次測溫，并 在實(shí)際合成過程中的多次修正所得出的標(biāo)準(zhǔn)溫度曲線，實(shí)際生產(chǎn)過程中可根據(jù)曲線的分布 趨勢來調(diào)節(jié)各溫區(qū)的溫度。如圖4所示。橫坐標(biāo)表示加熱區(qū)分布，縱坐標(biāo)表示溫度分布。本實(shí)施例中還提供了一套整體的合成爐的實(shí)施方案。如圖5所示合成爐整體縱向 剖面圖。圖中1為爐門，2為爐殼，11為合成石英管，5為加熱體，9為加熱體上的觀察窗口， 6為支撐管，7為支架，8為調(diào)平系統(tǒng)。合成過程主要分為裝爐、升溫、降溫、出爐等階段。具體操作如下，打開爐門1，將 合成石英管11裝入支撐管6中，合成石英管在支撐管中的位置以舟尖在窗口 5的正下方為 準(zhǔn)。操作調(diào)平裝置使支撐管6水平，裝爐工作結(jié)束，操作外部控溫設(shè)備開始給加熱體升溫， 升高各溫區(qū)溫度，待所有As已揮發(fā)完畢，并且舟內(nèi)熔體無結(jié)晶，并可程序降溫，降溫時逐次 降溫八、七、六、五、四、三、二、一各區(qū)溫度至1100°C以下，再斷電降溫，至此合成工序結(jié)束。本實(shí)用新型的九段加熱區(qū)水平合成爐，可以在合成爐中提供 非常優(yōu)化的熱場，這 種分段加熱，逐段降溫的爐體結(jié)構(gòu)可以很好地克服GaAs多晶料合成過程中經(jīng)常出現(xiàn)的氣 孔、炸管等故障，具有很好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求1.一種用于合成GaAs半導(dǎo)體的水平合成爐，其特征在于該合成爐由九段加熱區(qū)構(gòu) 成，每一個加熱區(qū)( 都是獨(dú)立的，加熱區(qū)之間無縫對接，無縫對接的加熱區(qū)置于爐殼(1) 中形成整個合成爐加熱體，各加熱區(qū)的中空部分連接在一起構(gòu)成爐膛，各加熱區(qū)的側(cè)面 設(shè)置熱偶孔(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于合成GaAs半導(dǎo)體的水平合成爐，其特征在于熱偶孔 (3)置于各加熱區(qū)的側(cè)面中心位置處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于合成GaAs半導(dǎo)體的水平合成爐，其特征在于熱電偶通 過熱偶孔(3)插入爐膛中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于合成GaAs半導(dǎo)體的水平合成爐，其特征在于每一個加 熱區(qū)中安裝一對鉬/鉬銠熱電偶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于合成GaAs半導(dǎo)體的水平合成爐，其特征在于熱電偶通 過補(bǔ)償導(dǎo)線與外部控溫設(shè)備相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于合成GaAs半導(dǎo)體的水平合成爐，其特征在于通過外部 控溫設(shè)備來調(diào)節(jié)每一個加熱區(qū)的溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于合成GaAs半導(dǎo)體的水平合成爐，其特征在于在加熱體 上設(shè)置觀察窗口(9)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于合成GaAs半導(dǎo)體的水平合成爐，其特征在于所述水平 合成爐還設(shè)置調(diào)平系統(tǒng)(8)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于合成GaAs半導(dǎo)體的水平合成爐，其特征在于所述合成 爐體外型為長方體或圓柱體形狀。
專利摘要本實(shí)用新型公開了屬于合成半導(dǎo)體的水平爐技術(shù)領(lǐng)域的一種用于合成GaAs半導(dǎo)體的水平合成爐。該合成爐由九段加熱區(qū)構(gòu)成，每一個加熱區(qū)都是獨(dú)立的，加熱區(qū)之間無縫對接，無縫對接的加熱區(qū)置于爐殼中形成整個合成爐加熱體，各加熱區(qū)的中空部分連接在一起構(gòu)成爐膛，各加熱區(qū)的側(cè)面設(shè)置熱偶孔。本實(shí)用新型具有外延性，能適當(dāng)?shù)脑黾痈鞫渭訜釁^(qū)的長度，能一次性大量地合成多晶料。適用面廣，通過對各溫區(qū)的調(diào)節(jié)，可以形成不同的熱場，能適應(yīng)不同雜質(zhì)、不同摻雜濃度多晶的生長。合成爐熱場優(yōu)化，很好地克服多晶料中出現(xiàn)氣孔、炸管等現(xiàn)象。
文檔編號C30B29/42GK201873774SQ20102065046
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者于洪國, 周曉霞, 時彬, 景磊, 武壯文, 袁澤海, 趙靜敏, 馬錦偉 申請人:北京有色金屬研究總院, 國瑞電子材料有限責(zé)任公司