一种砷化镓多晶合成装置和合成方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种砷化镓多晶合成装置和合成方法，包括合成炉，合成炉包括圆柱状的炉室；炉室内具有石英棉、加热器、石英管、第一石英舟和第二石英舟；炉室包括高温区和低温区，高温区和低温区均具有加热器，加热器固定在炉室的内壁上；石英管位于炉室内部，第一石英舟和第二石英舟位于石英管内，且第一石英舟位于高温区，用于装载镓材料，第二石英舟位于低温区，用于装载砷材料，以合成砷化镓多晶棒。本发明专利技术中，采用石英舟代替原来的PBN舟，形成了杂质和孔洞较少的砷化镓多晶棒，从而提高了砷化镓多晶的纯度，进而提高了砷化镓单晶的性能和成活率。

A GaAs Polycrystalline Synthesis Device and Method

【技术实现步骤摘要】
一种砷化镓多晶合成装置和合成方法
本专利技术涉及半导体材料
，更具体地说，涉及一种砷化镓多晶合成装置和合成方法。
技术介绍
砷化镓(GaAs)材料是目前生产量最大、应用最广泛，也是最重要的化合物半导体材料，是仅次于硅的最重要的半导体材料。由于其优越的性能和能带结构，使砷化镓材料在微波器件和发光器件等方面具有很大发展潜力。但是，要获得砷化镓单晶，必须首先合成砷化镓多晶原材料。由于砷化镓是二元化合物，砷的蒸气压较高，且镓和砷容易氧化，因此，合成砷化镓多晶并不容易。此外，砷化镓多晶对镓、砷化学计量比要求严格，成分的偏离将直接影响砷镓单晶生长和单晶性能参数。过去几十年中，先后开发了多种砷化镓多晶合成工艺，主要包括砷注入法、高压直接合成法和水平梯度凝固法等。目前工业上应用最广泛的是水平梯度凝固法合成的砷化镓多晶，由于水平梯度凝固法所需要的设备简单，合成过程中，密封在石英管内的砷和镓不受外界环境的影响，因此，合成之后，再利用定向凝固对多晶进行提纯，即可得到比原料纯度更高的砷化镓多晶。但是，水平梯度凝固法合成砷化镓多晶是用氮化硼材质的PBN舟，由于氮化硼形状和成本特性，这种工艺合成的砷化镓多晶棒杂质和孔洞较多，对生长的砷化镓单晶性能和成活率有一定影响，特别是对半绝缘砷化镓单晶，杂质的增加导致半绝缘砷化镓晶体性能变差，成活率也降低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种砷化镓多晶合成装置和合成方法，以解决现有的PBN舟合成的砷化镓多晶棒杂质和孔洞较多的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种砷化镓多晶合成装置，包括合成炉，所述合成炉包括圆柱状的炉室；所述炉室内具有石英棉、加热器、石英管、第一石英舟和第二石英舟；所述石英棉位于所述炉室的炉口处；所述炉室包括高温区和低温区，所述高温区和所述低温区均具有所述加热器，所述加热器固定在所述炉室的内壁上；所述石英管位于所述炉室内部，所述第一石英舟和所述第二石英舟位于所述石英管内，且所述第一石英舟位于所述高温区，用于装载镓材料，所述第二石英舟位于所述低温区，用于装载砷材料，以合成砷化镓多晶棒。可选地，所述炉室内壁上具有通孔，测温控温器位于所述通孔处，所述测温控温器用于测量和控制所述石英管的温度。可选地，所述第一石英舟的头部具有石英嘴。可选地，还包括石英帽，所述石英帽和所述石英管焊接后形成密封腔室。可选地，所述砷化镓多晶棒的形状为D形。一种砷化镓多晶合成方法，应用于如上任一项所述的砷化镓多晶合成装置，所述方法包括：将镓材料放入第一石英舟中，将砷材料放入第二石英舟中；将所述第一石英舟和所述第二石英舟放入石英管中，并对所述石英管进行抽真空和预加热；将密封后的所述石英管放入合成炉的炉室中，并在所述炉室的炉口处堵上石英棉；开启加热器，对所述第一石英舟进行高温加热，对所述第二石英舟进行低温加热；通过控制温度曲线，使所述第一石英舟从头到尾的温度成梯度下降，使合成的砷化镓液体凝固成多晶棒。可选地，所述砷材料和所述镓材料中砷和镓的比例为1.05:1。可选地，所述抽真空后的真空度为2Pa～3Pa，所述预加热后的温度为200℃～300℃。可选地，所述高温加热的温度范围为1250℃～1350℃，所述低温加热的温度范围为630℃～700℃。与现有技术相比，本专利技术所提供的技术方案具有以下优点：本专利技术所提供的砷化镓多晶合成装置和合成方法，采用石英舟代替原来的PBN舟，形成了杂质和孔洞较少的砷化镓多晶棒，从而提高了砷化镓多晶的纯度，进而提高了砷化镓单晶的性能和成活率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的砷化镓多晶合成装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的砷化镓多晶合成方法的流程图。具体实施方式以上是本专利技术的核心思想，为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种砷化镓多晶合成装置，如图1所示，包括合成炉，该合成炉包括圆柱状的炉室1；该炉室1内具有石英棉10、加热器11、石英管12、第一石英舟13和第二石英舟14等。其中，石英棉10位于炉室1的炉口处，用于堵塞密封炉室1；炉室1包括高温区和低温区，高温区和低温区均具有加热器11，加热器11固定在炉室1的内壁上；可选地，高温区的加热器11的个数大于低温区的加热器11的个数，以使高温区的温度大于低温区的温度。石英管12位于炉室1内部，第一石英舟13和第二石英舟14位于石英管12内，且第一石英舟13位于高温区，即第一石英舟13位于石英管12的右侧，用于装载镓材料，第二石英舟14位于低温区，即第二石英舟14位于石英管12的左侧管口处，用于装载砷材料，以合成砷化镓多晶棒。本专利技术实施例中，采用石英舟代替原来的PBN舟，可以减少PBN舟带来的Si、S等杂质，形成了杂质和孔洞较少的砷化镓多晶棒，从而提高了砷化镓单晶的性能和成活率。可选地，本专利技术实施例中，第一石英舟13和第二石英舟14的尺寸为4寸，用于合成4寸的砷化镓多晶棒。因为2寸和3寸砷化镓多晶棒的直径小，而晶棒加工的长度和重量是一定的，所以在相同重量的情况下，2寸和3寸的晶棒加工数量要多，则2寸和3寸晶棒切割块数也会更多，切割过程会造成物料损耗，所以切割数量越多，物料浪费越多，锯片或循环水带来的污染也越多。而本专利技术实施例中，采用4寸的石英舟代替原来的2寸或3寸的PBN舟，形成了4寸的砷化镓多晶棒，从而减少了切割块数，进而减少了后续晶棒加工过程中物料的浪费以及杂质的污染，提高了砷化镓单晶的性能和成活率。当然，本专利技术并不仅限于此，在其他实施例中，还可以采用6寸的石英舟合成6寸的砷化镓多晶棒，或者，也可以根据实际需要，采用2寸或3寸的石英舟合成2寸或3寸的砷化镓多晶棒。需要说明的是，本专利技术实施例中形成的砷化镓多晶棒的形状为D形。当然，本专利技术并不仅限于此，在其他实施例中，砷化镓多晶棒的形状还可以是圆柱状等，在此不再赘述。可选地，本专利技术实施例中，炉室1内壁上具有通孔，测温控温器15位于所述通孔处，所述测温控温器15用于测量和控制所述石英管12的温度。虽然实际生产中关注的是测温温度，但是，测温温度需要通过多次调试相邻控温温度，来实现测温达到需求温度。因此，本专利技术实施例中将测温器和控温器合二为一，解决了由于测温和控温位置不一致而导致的控温温度和测温温度不对应的问题。可选地，如图1所示，本专利技术实施例提供的合成装置还包括石英帽16，所述石英帽16和所述石英管12焊接后形成密封腔室，并将第一石英舟和第二石英舟密封在腔室内，以便砷材料和镓材料形成砷化镓多晶棒。可选地，本专利技术实施例中，第一石英舟13的头部具有石英嘴17，以通过石英嘴17帮助多晶体散热，得到无孔洞，纯度高的砷化镓多晶棒。还需要说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种砷化镓多晶合成装置，其特征在于，包括合成炉，所述合成炉包括圆柱状的炉室；所述炉室内具有石英棉、加热器、石英管、第一石英舟和第二石英舟；所述石英棉位于所述炉室的炉口处；所述炉室包括高温区和低温区，所述高温区和所述低温区均具有所述加热器，所述加热器固定在所述炉室的内壁上；所述石英管位于所述炉室内部，所述第一石英舟和所述第二石英舟位于所述石英管内，且所述第一石英舟位于所述高温区，用于装载镓材料，所述第二石英舟位于所述低温区，用于装载砷材料，以合成砷化镓多晶棒。

【技术特征摘要】
1.一种砷化镓多晶合成装置，其特征在于，包括合成炉，所述合成炉包括圆柱状的炉室；所述炉室内具有石英棉、加热器、石英管、第一石英舟和第二石英舟；所述石英棉位于所述炉室的炉口处；所述炉室包括高温区和低温区，所述高温区和所述低温区均具有所述加热器，所述加热器固定在所述炉室的内壁上；所述石英管位于所述炉室内部，所述第一石英舟和所述第二石英舟位于所述石英管内，且所述第一石英舟位于所述高温区，用于装载镓材料，所述第二石英舟位于所述低温区，用于装载砷材料，以合成砷化镓多晶棒。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述炉室内壁上具有通孔，测温控温器位于所述通孔处，所述测温控温器用于测量和控制所述石英管的温度。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一石英舟的头部具有石英嘴。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括石英帽，所述石英帽和所述石英管焊接后形成密封腔室。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述砷化镓多晶棒...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金灵，白平平，周铁军，罗小龙，廖彬，刘留，
申请(专利权)人：广东先导先进材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44