[發明專利]一種氧化鋁陶瓷坩堝、其使用結構及生長單晶的方法

在審

• 申請號: 202110576484.4
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113512754A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 羅福敏;柯尊斌;王卿偉
• 申請（專利權）人: 中鍺科技有限公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B29/40
• 代理公司: 南京中律知識產權代理事務所(普通合伙) 32341
• 代理人: 李建芳

本發明公開了一種氧化鋁陶瓷坩堝、其使用結構及生長單晶的方法，一種氧化鋁陶瓷坩堝，包括氧化鋁陶瓷坩堝、氧化鋁陶瓷封帽、硅酸鋁陶瓷纖維密封墊片和硅酸鋁陶瓷纖維紙層；氧化鋁陶瓷坩堝包括從下到上依次相接的籽晶腔、錐部和體部，體部頂部為敞口結構，氧化鋁陶瓷封帽螺紋連接在體部頂部，陶瓷纖維密封墊片設在氧化鋁陶瓷封帽螺和體部頂部之間；硅酸鋁陶瓷纖維紙層活動鋪設在氧化鋁陶瓷坩堝內側。本發明生長單晶時，用氧化鋁陶瓷坩堝替代石英坩堝，不需要石英氫氧焰焊封，也不需要在VGF單晶爐內充入氮氣平衡壓力，降低了生產成本；通過的硅酸鋁陶瓷纖維紙的設置，極大的程度上提高了單晶爐溫場的穩定性，降低了磷化銦單晶的位錯密度，提高了成晶率。

技術領域

本發明涉及一種氧化鋁陶瓷坩堝、其使用結構及生長單晶的方法，屬于InP單晶生長的技術領域。

背景技術

磷化銦(InP)是重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料之一，是繼Si、GaAs之后的新一代電子功能材料。GaAs、InP等具有Ge、Si所不具備的優越特性(如電子遷移率高、禁帶寬度大等等)，可以在微波及光電器件領域有廣泛的應用。InP材料適于制造毫米波變頻器件，可廣泛應用于雷達通信，精確制導，InP基微波器件是新一代衛星通信和精確制導的關鍵元器件，它直接決定武器裝備系統的快速反應能力。

目前獲得InP單晶材料的方法主要是垂直溫度梯度凝固(VGF)法，首先將磷化銦多晶料進行清洗后與摻雜劑、B₂O₃液封劑、高純紅磷、籽晶等裝入清洗好的PBN坩堝中，再一起放入石英坩堝中，使用分子真空泵將石英坩堝內部抽至真空，用氫氧焰將抽至真空的石英坩堝密封；采用多段加熱結構的加熱器，建立垂直方向的溫度梯度，將磷化銦多晶料熔化，控制各溫區的降溫速度，使生長界面緩慢向上移動，實現磷化銦定向凝固生長。在進行磷化銦單晶生長時，隨著溫度上升，配料時裝入的高純紅磷將升華成紅磷蒸汽，在石英坩堝內部產生2.75Mpa的壓力，需要在壓力容器內充入略高于2.75Mpa的氮氣或氬氣平衡壓力。

在單晶爐內充入的氮氣在高溫高壓條件下產生劇烈的氣體對流，造成溫場的溫度產生較大的波動起伏，獲得的單晶位錯密度高，晶體內部易生長細小的孿晶，成晶率不高，并且使用后的石英管、石英帽等立即報廢，使市場上大尺寸高質量的襯底價格始終居高不下。并且石英管使用氫氧焰焊封后焊道位置存在應力，在高溫高壓條件下石英管容易產生裂縫導致裂管，造成磷化銦多晶料離解，大量紅磷燃燒損壞單晶爐，延誤生產。

發明內容

本發明提供一種氧化鋁陶瓷坩堝、其使用結構及生長單晶的方法，能夠有效改善目前磷化銦單晶生長工藝中位錯密度高、成晶率低、成本高昂等缺點。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案如下：

一種氧化鋁陶瓷坩堝，包括氧化鋁陶瓷坩堝、氧化鋁陶瓷封帽、硅酸鋁陶瓷纖維密封墊片和硅酸鋁陶瓷纖維紙層；氧化鋁陶瓷坩堝包括從下到上依次相接的籽晶腔、錐部和體部，體部頂部為敞口結構，氧化鋁陶瓷封帽螺紋連接在體部頂部，陶瓷纖維密封墊片設在氧化鋁陶瓷封帽螺和體部頂部之間；硅酸鋁陶瓷纖維紙層活動鋪設在氧化鋁陶瓷坩堝內側。

上述氧化鋁陶瓷坩堝，氧化鋁陶瓷封帽螺紋連接在鋁陶瓷坩堝上，氧化鋁陶瓷封帽可反復使用，顯著降低了制備成本，同時無需焊縫，避免了現有工藝石英管開裂造成的原輔料和設備損失，延長了設備使用壽命；通過硅酸鋁陶瓷纖維密封墊片的設置，確保了氧化鋁陶瓷坩堝和氧化鋁陶瓷封帽之間的密封性；通過硅酸鋁陶瓷纖維紙層的設置，可有效改善PBN坩堝和外層坩堝的貼合狀態，極大的程度上提高了單晶爐溫場的穩定性，單晶制備過程中無需充入氮氣或氬氣平衡壓力，降低了磷化銦單晶的位錯密度，提高了成晶率，獲得了大尺寸高質量的磷化銦襯底。

為了提高氧化鋁陶瓷封帽和鋁陶瓷坩堝的連接穩定性和密封性，體部頂部外圍設有外螺紋，氧化鋁陶瓷封帽底部設有與體部上外螺紋相互匹配的內螺紋；硅酸鋁陶瓷纖維密封墊片包括第一密封墊片和第二密封墊片，第一密封墊片套在體部外螺紋的底部，第二密封墊片置于氧化鋁陶瓷封帽內螺紋的頂部。