[發明專利]一種磁場下浸入式磷化物合成及生長裝置

有效

• 申請號: 202110760674.1
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113512755B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 黨冀萍;孫聶楓;王書杰;徐森鋒;史艷磊;邵會民;付莉杰;卜愛民;李曉嵐;王陽
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十三研究所
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B15/00;C30B28/06;C30B28/10;C30B29/40;C30B29/42
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 聶旭中

一種磁場下浸入式磷化物合成及生長裝置，屬于半導體材料制備領域，特別是在靜態磁場作用下，采用磷浸入金屬熔體的方式進行半導體磷化物合成及生長的裝置。包括主爐體、主爐體內的坩堝、坩堝外圍的加熱器和保溫層，所述合成及生長裝置還包括連接驅動裝置的注入合成系統，注入合成系統承載紅磷，在驅動裝置的作用下，沉入坩堝。采用本發明提供的裝置，紅磷以固體的形式沉入熔體，氣化后從坩堝底部上浮，克服了采用磷泡產生的倒吸等問題；橫向靜磁場抑制氣泡上浮速率，同時抑制溫度梯度方向的熔體對流，使合成過程更加平穩、迅速。

技術領域

本發明屬于半導體材料制備領域，特別是在靜態磁場作用下，采用磷浸入金屬熔體的方式進行半導體磷化物合成及生長的裝置。

背景技術

半導體磷化物包含磷化銦、磷化鎵、磷鍺鋅等，廣泛應用于微電子、光電子、聲光等領域。這些磷化物的合成主要通過注入合成技術和擴散合成技術。

擴散合成方法，擴散時間長、效率低、合成材料的純度低。注入合成技術是直接將磷氣體注入到熔體中，大量的氣泡伴隨著熔體的流動，合成效率非常高。注入合成技術是大規模合成磷化物的最有效的方法。通常的注入合成技術是將裝載紅磷的石英泡進行加熱，然后與石英泡相連的注入管將升華的磷氣體注入到熔體中，這種方法面臨著系統壓力平衡控制等問題，極易導致熔體倒吸進入注入管并凝固堵塞注入管，然后發生爆炸。

為解決這個問題，發明了利用磷粉和金屬粉混合投入熔體的方法進行合成，以及在磷氣體中混入惰性氣體增大石英泡內的壓力以防止倒吸等方法。上述方法對設備及工藝要求較高。

發明內容

本發明的目的是解決上述問題。

為達到發明目的，采用以下技術方案：一種磁場下浸入式磷化物合成及生長裝置，包括主爐體、主爐體內的坩堝、坩堝外圍的加熱器和保溫層，所述合成及生長裝置還包括連接驅動裝置的注入合成系統，注入合成系統承載紅磷，在驅動裝置的作用下，沉入坩堝。在主爐體外部設置靜磁場發生器。

進一步地，所述注入合成系統包括圓柱形的紅磷注入器，紅磷注入器設置注入孔；所述合成系統還包括紅磷注入器上面的3-5個圓盤形屏蔽層，屏蔽層的直徑小于坩堝的內徑1-10mm，屏蔽層上設置透過孔；紅磷注入器和屏蔽層固定在驅動裝置上，同時升降。

進一步地，根據屏蔽層的位置，在坩堝的外圍設置溫區，兩個屏蔽層之間、頂端的屏蔽層上面、底端屏蔽層下面為溫區范圍；各溫區設置獨立的加熱器和電偶。

裝載固體紅磷的注入器位于坩堝最低區域，固體紅磷受熱升華為氣體，并形成氣泡在熔體中上浮，在高溫區被快速吸收。

采用本發明提供的裝置，紅磷以固體的形式沉入熔體，氣化后從坩堝底部上浮，克服了采用磷泡產生的倒吸等問題；橫向靜磁場抑制氣泡上浮速率，同時抑制溫度梯度方向的熔體對流，使合成過程更加平穩、迅速。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為合成系統結構示意圖；

圖3為熱場及物料裝配示意圖；

圖4為LEC晶體生長示意圖；

圖5為VGF晶體生長示意圖；

圖6為封帽結構示意圖；

圖7為石英絲網結構示意圖；

圖8石英絲網覆蓋隔離層示意圖。