專利名稱：一種化合物半導體材料多晶合成的裝置的制作方法
技術領域：
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體材料多晶合成裝置。
背景技術：
生長化合物半導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體的多晶。制備化合物半導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反應管中的蒸汽壓，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是該工藝裝置的結構簡圖，在壓力容器24內設置有陶瓷坩堝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體多晶的工藝和裝置，為了避免易揮發(fā)物質(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(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)滿足化合物半導體單晶材料生長要求的化合物半導體材料多晶。
本實用新型所采用的技術方案如下
本實用新型所設計的化合物半導體材料多晶合成裝置，包括壓力容器、壓力容器內設置的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)形保溫套內圓平臺，主環(huán)形保溫套內圓平臺上設置有內保溫環(huán)，坩堝托的上沿和內保溫環(huán)的內圓臺階密合。
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，當環(huán)形保溫蓋蓋上時，其下沿放置于內保溫環(huán)上平面之上，其外圓側面同主環(huán)形保溫套的內環(huán)側面密合。
本實用新型的PBN坩堝可以在距其上沿10～20mm處設置一個直徑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沾污，也使多晶料合成后無需再進行化學處理即可使用，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有加熱器，保證了坩堝內的原料的受熱均勻。
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量。
4.坩堝的邊沿設有細邊孔，使坩堝內部和高壓容器的壓力保持平衡，避免了由于內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計量比，使合成后的化合物多晶的質量可控。
5.由于裝置的裝配結構非常簡單，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)有的工藝裝置結構簡圖圖2是本實用新型的裝置結構示意圖圖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 內保溫環(huán)上平面13 內保溫環(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內設置有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)形保溫套內圓平臺20，主環(huán)形保溫套內圓平臺20上設置有內保溫環(huán)14，坩堝托21的上沿和內保溫環(huán)14的內圓臺階密合；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的側面設置有一個細邊孔19。主環(huán)形保溫套12配有可以移開的環(huán)形保溫蓋11，當環(huán)形保溫蓋11蓋上時，其下沿放置于內保溫環(huán)14的上平面13之上，環(huán)形保溫蓋11的外圓側面同主環(huán)形保溫套12的內環(huán)側面密合。
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側面設置的細邊孔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。
權利要求1.一種化合物半導體材料多晶合成的裝置，包括壓力容器、壓力容器內設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)的外圍設有主環(huán)形保溫套(12)，主環(huán)形保溫套(12)的上表面的內圓部分為向下凹陷的主環(huán)形保溫套內圓平臺(20)，主環(huán)形保溫套內圓平臺(20)上設置有內保溫環(huán)(14)，坩堝托(21)的上沿和內保溫環(huán)(14)的內圓臺階密合；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)，當環(huán)形保溫蓋(11)蓋上時，其下沿放置于內保溫環(huán)(14)的上平面(13)之上，環(huán)形保溫蓋(11)的外圓側面同主環(huán)形保溫套(12)的內環(huán)側面密合。
2.如權利要求1所述的一種化合物半導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.如權利要求1或2所述的一種化合物半導體材料多晶合成的裝置，其特征在于，裂解氮化硼坩堝(8)的側壁上設置有一個邊孔(19)。
4.如權利要求3所述的一種化合物半導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.如權利要求4所述的一種化合物半導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)滿足化合物半導體單晶材料生長要求的化合物半導體材料多晶。
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