專利名稱：一種化合物半導(dǎo)體材料多晶合成的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種化合物合成裝置，特別是一種化合物半導(dǎo)體材料多晶合成裝置。
背景技術(shù)：
生長化合物半導(dǎo)體單晶的工藝方法有液封直拉法(LEC)、垂直布里奇曼法(VB)、水平布里奇曼法(HB)以及垂直梯度冷凝法(VGF)。目前在這些工藝方法中普遍采用的原料是化合物半導(dǎo)體的多晶。制備化合物半導(dǎo)體多晶的裝置有水平布里奇曼爐，高壓單晶爐。日本專利昭63-159206揭示了一種合成化合物半導(dǎo)體的裝置，采用的是水平布里奇曼單晶爐進行合成，工藝裝置較為復(fù)雜，采用多段加熱器來實現(xiàn)恒溫區(qū)，還需要一段加熱器來控制爐室內(nèi)反應(yīng)管中的蒸汽壓，對裝置的各部分機械傳動要求很高。日本專利昭59-11923采用三溫區(qū)砷注入法合成砷化鎵(GaAs)多晶，就是將裝有砷的石英瓶置于上端加熱處，裝有鎵和氧化硼的坩堝置于中段加熱器，整個裝置(坩堝和石英瓶)真空封裝于石英管中，控制上端加熱器和下端加熱器的溫度，控制合成時石英管中砷的蒸汽壓，減小砷的損耗，同樣會產(chǎn)生上述專利出現(xiàn)的弊病，而且該工藝裝置較為復(fù)雜，實現(xiàn)難度較大。研究人員H.Immennath等(Journal of Crystal Growth，142(1994)，p37～48)提出了一種合成化合物半導(dǎo)體多晶的裝置，特別是砷化鎵多晶的合成裝置，圖1是該工藝裝置的結(jié)構(gòu)簡圖，在壓力容器24內(nèi)設(shè)置有陶瓷坩堝5、陶瓷坩堝蓋4和加熱器25，合成時，首先把裝有高純鎵27和高純砷28的裂解氮化硼(PBN)坩堝26裝到耐高壓的陶瓷坩堝5中，然后用石墨密封圈7做封條，用鉬螺栓2和鉬螺絲3緊固，再密封在壓力容器24中加熱，進行無三氧化二硼(B2O3)的GaAs合成。該工藝裝置復(fù)雜程度高，不適于工業(yè)化生產(chǎn)。美國專利5524571揭示了一種用于制備半導(dǎo)體多晶的工藝和裝置，為了避免易揮發(fā)物質(zhì)(如砷、磷)的揮發(fā)，采用了注入容器的裝置，通過石英管道將易揮發(fā)物質(zhì)(如砷、磷)的蒸汽注入到有液封層的坩堝中，同鎵/銦化合形成化合物多晶，由于有液封層，使得合成后的多晶還需后續(xù)工序去除液封層，降低了工業(yè)化生產(chǎn)的效率，增加了多晶沾污的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種工藝裝置較為簡單、適于工業(yè)化生產(chǎn)的化合物半導(dǎo)體材料多晶合成裝置，利用該裝置進行合成時無需液封層，可克服現(xiàn)有裝置的不足，生產(chǎn)滿足化合物半導(dǎo)體單晶材料生長要求的化合物半導(dǎo)體材料多晶。
本實用新型所采用的技術(shù)方案如下
本實用新型所設(shè)計的化合物半導(dǎo)體材料多晶合成裝置，包括壓力容器、壓力容器內(nèi)設(shè)置的PBN坩堝和主加熱器。PBN坩堝放置在坩堝托上，坩堝托下部與坩堝軸相連。在坩堝托下面圍繞坩堝軸設(shè)置有輔助加熱器，輔助加熱器與坩堝托和坩堝軸之間都保持一定間隙。輔助加熱器連接在輔助加熱器電極上。主加熱圍繞坩堝托設(shè)置并與坩堝托保持一定間隙，主加熱連接在主加熱器電極上。主加熱器的外圍設(shè)有主環(huán)形保溫套，主環(huán)形保溫套的上表面的一部分為向下凹陷的主環(huán)形保溫套內(nèi)圓平臺，主環(huán)形保溫套內(nèi)圓平臺上設(shè)置有內(nèi)保溫環(huán)，坩堝托的上沿和內(nèi)保溫環(huán)的內(nèi)圓臺階密合。
PBN坩堝配有可以移開的PBN坩堝蓋。主環(huán)形保溫套配有可以移開的環(huán)形保溫蓋，當(dāng)環(huán)形保溫蓋蓋上時，其下沿放置于內(nèi)保溫環(huán)上平面之上，其外圓側(cè)面同主環(huán)形保溫套的內(nèi)環(huán)側(cè)面密合。
本實用新型的PBN坩堝可以在距其上沿10～20mm處設(shè)置一個直徑0.2～1.0mm的細邊孔。作為本實用新型的進一步改進，細邊孔距離PBN坩堝的上沿的最佳范圍為12～18mm，直徑為0.3～0.8mm。
本實用新型的PBN坩堝蓋厚度為3～6mm，中部為穹窿形，外沿為環(huán)形平臺，作為本實用新型的進一步改進，PBN坩堝蓋的最佳厚度為4～5mm。
顯然，本實用新型具有如下有益效果1.由于沒有使用氧化硼液封層，避免了由于氧化硼中的雜質(zhì)沾污，也使多晶料合成后無需再進行化學(xué)處理即可使用，避免了處理過程中的沾污。
2.由于坩堝的周圍和坩堝的下部均設(shè)有加熱器，保證了坩堝內(nèi)的原料的受熱均勻。
3.由于PBN坩堝蓋中部為穹窿形，使得PBN坩堝蓋受力均勻，PBN坩堝蓋外沿為環(huán)形平臺，使得PBN坩堝蓋和坩堝之間的密封良好，避免易揮發(fā)原料的大量揮發(fā)，提高了合成后的化合物多晶的質(zhì)量。
4.坩堝的邊沿設(shè)有細邊孔，使坩堝內(nèi)部和高壓容器的壓力保持平衡，避免了由于內(nèi)外壓力的不平衡引起的坩堝蓋受力過大，而損壞裝置情況的發(fā)生。同時由于細邊孔的直徑可以控制，從而使砷等易揮發(fā)元素的揮發(fā)量得到控制，保證合成后的化合物多晶的化學(xué)計量比，使合成后的化合物多晶的質(zhì)量可控。
5.由于裝置的裝配結(jié)構(gòu)非常簡單，因此，裝置的各部件易于加工，整個裝置易于安裝和拆卸。


以下是附圖說明圖1是現(xiàn)有的工藝裝置結(jié)構(gòu)簡圖圖2是本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本實用新型PBN坩堝部分的放大圖圖中壓力容器1 鉬螺栓2 鉬螺絲3 陶瓷坩堝蓋4 陶瓷坩堝5 主加熱器6 石墨密封圈7 PBN坩堝8 高純鎵9 高純砷10 環(huán)形保溫蓋11 主環(huán)形保溫套12 內(nèi)保溫環(huán)上平面13 內(nèi)保溫環(huán)14 輔助加熱器15 輔助環(huán)形保溫套16 坩堝軸17 PBN坩堝蓋18細邊孔19 主環(huán)形保溫套內(nèi)圓平臺20 坩堝托21 主加熱器電極22 輔助加熱器電極23壓力容器24 加熱器25 PBN坩堝26 高純鎵27 高純砷28具體實施方式
以下結(jié)合附圖給出具體實施例對本實用新型做進一步描述圖2所示的是本實用新型一種化合物半導(dǎo)體材料多晶合成的裝置的一種具體實施方式
，在壓力容器1內(nèi)設(shè)置有PBN坩堝8，PBN坩堝8放置在坩堝托21上；坩堝托21下部與坩堝軸17相連，在坩堝托21下面圍繞坩堝軸17設(shè)置有輔助加熱器15，輔助加熱器15與坩堝托21和坩堝軸17之間都保持一定間隙；輔助加熱器15連接在輔助加熱器電極23上，輔助加熱器電極23穿過設(shè)置在輔助加熱器15下面的輔助環(huán)形保溫套16和壓力容器1的下壁與外部的電源連接；主加熱6圍繞坩堝托21設(shè)置并與坩堝托21保持一定間隙，主加熱6連接在主加熱器電極22上，主加熱器電極22穿過壓力容器1的下壁與外部的電源連接；主加熱器6的外圍設(shè)有主環(huán)形保溫套12，主環(huán)形保溫套12的上表面的一部分為向下凹陷的主環(huán)形保溫套內(nèi)圓平臺20，主環(huán)形保溫套內(nèi)圓平臺20上設(shè)置有內(nèi)保溫環(huán)14，坩堝托21的上沿和內(nèi)保溫環(huán)14的內(nèi)圓臺階密合；PBN坩堝8上配有可以移開的PBN坩堝蓋18，PBN坩堝蓋18的厚度為4.5mm，中部為穹窿形、外沿為環(huán)形平臺，PBN坩堝8的側(cè)面設(shè)置有一個細邊孔19。主環(huán)形保溫套12配有可以移開的環(huán)形保溫蓋11，當(dāng)環(huán)形保溫蓋11蓋上時，其下沿放置于內(nèi)保溫環(huán)14的上平面13之上，環(huán)形保溫蓋11的外圓側(cè)面同主環(huán)形保溫套12的內(nèi)環(huán)側(cè)面密合。
圖3是本實用新型具體實施方式
的PBN坩堝部分的放大圖，PBN坩堝8側(cè)面設(shè)置的細邊孔19距PBN坩堝8上沿15mm，細邊孔19的直徑為0.6mm，PBN坩堝8之上放置有厚度為4.5mm、中部為穹窿形、外沿為環(huán)形平臺的PBN坩堝蓋18。
用本實用新型進行合成時，首先把裝有高純鎵9和高純砷10的PBN坩堝8蓋上PBN坩堝蓋18并放到坩堝托21上，然后蓋上環(huán)形保溫蓋11，再密封在壓力容器1中加熱，完成整個合成工藝。
權(quán)利要求1.一種化合物半導(dǎo)體材料多晶合成的裝置，包括壓力容器、壓力容器內(nèi)設(shè)置的裂解氮化硼坩堝和加熱器，其特征在于，裂解氮化硼坩堝(8)放置在坩堝托(21)上；坩堝托(21)下部與坩堝軸(17)相連，在坩堝托(21)下面圍繞坩堝軸(17)設(shè)置有輔助加熱器(15)，輔助加熱器(15)與坩堝托(21)和坩堝軸(17)之間都保持一定間隙；輔助加熱器(15)連接在輔助加熱器電極(23)上；主加熱(6)圍繞坩堝托(21)設(shè)置并與坩堝托(21)保持一定間隙，主加熱(6)連接在主加熱器電極(22)上；主加熱器(6)的外圍設(shè)有主環(huán)形保溫套(12)，主環(huán)形保溫套(12)的上表面的內(nèi)圓部分為向下凹陷的主環(huán)形保溫套內(nèi)圓平臺(20)，主環(huán)形保溫套內(nèi)圓平臺(20)上設(shè)置有內(nèi)保溫環(huán)(14)，坩堝托(21)的上沿和內(nèi)保溫環(huán)(14)的內(nèi)圓臺階密合；裂解氮化硼坩堝(8)上配有可以移開的裂解氮化硼坩堝蓋(18)，主環(huán)形保溫套(12)配有可以移開的環(huán)形保溫蓋(11)，當(dāng)環(huán)形保溫蓋(11)蓋上時，其下沿放置于內(nèi)保溫環(huán)(14)的上平面(13)之上，環(huán)形保溫蓋(11)的外圓側(cè)面同主環(huán)形保溫套(12)的內(nèi)環(huán)側(cè)面密合。
2.如權(quán)利要求1所述的一種化合物半導(dǎo)體材料多晶合成的裝置，其特征在于，裂解氮化硼坩堝蓋(18)的中部為穹窿形，外沿為環(huán)形平臺，厚度為3～6mm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種化合物半導(dǎo)體材料多晶合成的裝置，其特征在于，裂解氮化硼坩堝(8)的側(cè)壁上設(shè)置有一個邊孔(19)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種化合物半導(dǎo)體材料多晶合成的裝置，其特征在于，裂解氮化硼坩堝(8)的側(cè)壁上的邊孔(19)距裂解氮化硼坩堝(8)的上沿10～20mm，其直徑為0.2～1.0mm。
5.如權(quán)利要求4所述的一種化合物半導(dǎo)體材料多晶合成的裝置，其特征在于，裂解氮化硼坩堝(8)的側(cè)壁上的邊孔(19)距裂解氮化硼坩堝(8)的上沿15mm，細邊孔(19)的直徑為0.6mm，PBN坩堝蓋(18)的厚度為4.5mm。
專利摘要本實用新型提供了一種工藝裝置較為簡單、適于工業(yè)化生產(chǎn)的化合物半導(dǎo)體材料多晶合成裝置，利用該裝置進行合成時無需液封層，可克服現(xiàn)有裝置的不足，生產(chǎn)滿足化合物半導(dǎo)體單晶材料生長要求的化合物半導(dǎo)體材料多晶。
文檔編號C30B28/00GK2666932SQ200320129499
公開日2004年12月29日 申請日期2003年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月22日
發(fā)明者賴占平, 高瑞良, 齊得格, 周春鋒 申請人:中國電子科技集團公司第四十六研究所