[發明專利]砷化鎵單晶的生長裝置及生長方法

有效

• 申請號: 201810274694.6
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108624948B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 狄聚青;朱劉;李超;高鵬飛;劉運連
• 申請（專利權）人: 廣東先導先進材料股份有限公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B29/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種砷化鎵單晶的生長裝置，該生長裝置包括用于放置原料的一內坩堝、用于支撐內坩堝的一坩堝托、一外坩堝、一支撐管、一支撐臺、一石英罩以及用于給內坩堝加熱的一加熱器，加熱器通過一支架安裝在一導軌上，加熱器和支架能夠沿著導軌移動，內坩堝放置在坩堝托上，所述坩堝托和內坩堝密封在外坩堝中，坩堝托包括第一部分和第二部分，所述第一部分支撐內坩堝的放肩部位，第二部分支撐第一部分，第一部分和第二部分的導熱系數不同，支撐管的一端插設于支撐臺內固定，支撐管的另一端垂直支撐于外坩堝底端，將外坩堝固定在支撐管上，石英罩與支撐臺形成一密閉空間，外坩堝和支撐管置于密閉空間內。

技術領域

本發明涉及一種半導體材料制備領域，尤其涉及一種砷化鎵單晶的生長裝置及生長方法。

背景技術

砷化鎵是一種重要的半導體材料，用于制造晶體管及各種電子裝置，是第二代半導體材料的杰出代表。近年來，半導體照明、移動通訊、網絡技術等電子產業的迅速發展，帶動了砷化鎵產業的發展。在高功率激光二極管、VCSEL芯片等領域，要求砷化鎵具有極低的位錯密度，通常要求位錯密度要小于500cm^-2，部分產品更是要求位錯密度小于100cm^-2，遠高于目前紅光LED的標準（位錯密度小于2000cm^-2）。低的位錯密度可以提升砷化鎵產品的光電性能，并能延長其工作壽命。

目前砷化鎵單晶的生長方法主要有直拉法、垂直布里奇曼晶體法和VGF法三種。提拉法是常用的一種晶體長方法，具有長晶過程可視化、成品率高、晶體生長自動化程度高、晶體與坩堝不接觸等優點，避免了坩堝寄生成核等缺陷的產生。但同時，提拉法溫度梯度較大，難以實現低位錯密度砷化鎵單晶的生長。垂直布里奇曼法中，熔體自下而上脫離高溫區，具有晶體生長速度快、成本低等優點；但由于晶體生長時機械擾動較大，難以穩定生長較大尺寸的低位錯砷化鎵單晶。VGF法的溫度梯度較小，是生長低位錯密度砷化鎵單晶的常用方法。VGF法是依靠加熱器間的功率調節，實現熔體自下而上的結晶，但VGF法晶體生長速度一般較慢，且晶體生長界面多為凹界面，難以生長較大尺寸的低位錯晶體。

所以，有必要設計一種新的砷化鎵單晶的生長方法以解決上述技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新的砷化鎵單晶的生長方法以解決上述技術問題。

為實現前述目的，本發明采用如下技術方案：一種砷化鎵單晶的生長裝置，該生長裝置包括用于放置原料的一內坩堝、用于支撐內坩堝的一坩堝托、一外坩堝、一支撐管、一支撐臺、一石英罩以及用于給內坩堝加熱的一加熱器，所述加熱器通過一支架安裝在一導軌上，所述加熱器和支架能夠沿著導軌移動，所述內坩堝放置在坩堝托上，所述坩堝托和內坩堝密封在外坩堝中，所述坩堝托包括第一部分和第二部分，所述第一部分支撐內坩堝的放肩部位，所述第二部分支撐第一部分，所述第一部分和第二部分的導熱系數不同，所述支撐管的一端插設于支撐臺內固定，所述支撐管的另一端垂直支撐于外坩堝底端，將外坩堝固定在支撐管上，所述石英罩與支撐臺形成一密閉空間，所述外坩堝和支撐管置于密閉空間內。

作為本發明的進一步改進，所述加熱器由2段-10段組成，每段均可獨立控制。

作為本發明的進一步改進，所述第一部分的導熱系數在0.1-30W/(m^.k)之間。

作為本發明的進一步改進，所述第二部分的導熱系數在0.2-40 W/(m^.k)之間，且第一部分的導熱系數小于第二部分的導熱系數。

同時提出一種砷化鎵單晶的生長方法，采用上述的砷化鎵單晶的生長裝置，其包括如下步驟：

S1、將砷化鎵原料裝入內坩堝中，并將內坩堝和坩堝托裝入外坩堝中，將外坩堝抽真空后密封；

S2、將外坩堝固定在支撐管上，并安裝好石英罩；