【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及砷化镓制备，特别涉及一种砷化镓单晶生长装置及制备方法。
技术介绍
1、砷化镓（gaas）单晶的生长是半导体工业中的一个重要过程，主要用于制造高性能电子和光电子器件，如激光器、高速集成电路、太阳能电池等。
2、布里奇曼法，又称为区域熔炼法或区域提纯法，是由美国物理学家珀西·威廉姆斯·布里奇曼专利技术的一种晶体生长技术，是目前制备砷化镓单晶的常用方法。
3、布里奇曼法的基本操作方法如下首先将经过预处理的原料装入一个耐高温的坩埚（通常为石墨、石英或氮化硼坩埚）中；坩埚会被放入一个真空容器中，对真空容器抽真空；装有坩埚的真空容器随后被放置在一个具有精确温度控制的加热炉中，加热炉内设置有温度梯度；通过加热炉使坩埚内的原料被融化，熔化，形成熔融区；加热炉内的温度被设定在略高于原料熔点的范围内；然后随着坩埚的缓慢向下移动，坩埚底部先进入一个较低的温度区域，导致熔融原料开始结晶；晶体从籽晶开始，随着坩埚的进一步下降，晶体不断延长生长，最终得到砷化镓单晶体。
4、其中，加热炉内的温度梯度的控制将直接影响砷化镓的结晶质量。晶体中的缺陷，如位错、杂质条纹等，若温度梯度控制不当，则会造成晶体中存在位错、杂质条纹等缺陷，影响砷化镓单晶的品质。
5、传统技术中，难以有效地对加热炉内的温度梯度进行准确控制，从而导致砷化镓单晶产品容易产生缺陷，不利于产品品质的提升。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有技术中难以有效地对加热炉内的温度梯度进行
2、本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：砷化镓单晶生长装置，包括炉体和用于容纳原料的原料容纳装置，炉体设置在升降驱动装置上，炉体内设有加热腔，加热腔的下端敞口，炉体的内壁上设有加热部件，加热腔中设有若干个沿竖直方向排列的冷却介质环，冷却介质环内设有冷却介质腔，冷却介质环上连接有与冷却介质腔连通的冷却介质通入管和冷却介质排出管；
3、向冷却介质环中通入冷却介质时，冷却介质与冷却介质环周围区域发生热交换以调节冷却介质环周围区域的温度。
4、作为优选，冷却介质环可沿着竖直方向进行位置调节；冷却介质通入管和冷却介质排出管均从炉体的上端穿过。冷却介质通入管和冷却介质排出管的上端均从炉体的上端伸出，操作人员可以通过提拉冷却介质通入管和冷却介质排出管的上端从而对冷却介质环的高度位置进行调节，从而使冷却介质环移动至所需的高度位置。
5、作为优选，所述冷却介质通入管的下端与冷却介质环的内侧之间通过过渡管相连，所述冷却介质排出管的下端与冷却介质环的内侧之间通过过渡管相连。
6、作为优选，所述炉体的上端设有可使冷却介质通入管或冷却介质排出管穿过的通孔，通孔的外围设有安装槽，安装槽中设有夹紧件；夹紧件包括固定环、若干个热弯片，固定环固定设置在安装槽中，热弯片的一端与固定环相连，热弯片的另一端设有接触部件；热弯片呈圆形阵列布置，热弯片由第一金属层和第二金属层组成，第一金属层位于第二金属层的外侧，第一金属层的热膨胀系数大于第二金属层的热膨胀系数；冷却介质通入管或冷却介质排出管从夹紧件上的热弯片之间穿过；当热弯片的温度上升时，热弯片上设有接触部件的一端朝冷却介质通入管或冷却介质排出管的中心方向弯曲。
7、作为优选，所述冷却介质为氮气、氩气、二氧化碳中的一种。
8、作为优选，所述加热部件为电热丝，电热丝呈螺旋状布置。
9、作为优选，所述原料容纳装置包括坩埚、真空容器主体、真空容器盖，原料放置于坩埚中，坩埚放置于真空容器主体内，真空容器盖密封连接于真空容器主体的上端，真空容器主体内部抽真空。
10、作为优选，所述坩埚为氮化硼坩埚或石英坩埚。
11、一种砷化镓单晶制备方法，包括如下具体步骤：
12、步骤一、将原料放入坩埚中，然后将坩埚放入真空容器主体中，并在真空容器主体的上端安装真空容器盖，然后对真空容器主体内抽真空；
13、步骤二、将装有原料的原料容纳装置放置于炉体的下方，通过升降驱动装置驱动炉体下降至加热初始位，此时原料容纳装置完全位于炉体内的加热腔中；
14、启动加热部件，通过冷却介质通入管向冷却介质环中通入冷却介质，通过调节各个冷却介质环中冷却介质的通入速度，使各个冷却介质环的内侧形成不同的温度区，从而在加热腔中形成温度梯度，加热腔中从上往下温度逐渐递减；加热腔的上端部分为熔融加热区，原料置于熔融加热区中；熔融加热区中的温度加热至1238℃及以上，使原料熔化；
15、步骤三、通过升降驱动装置驱动炉体上升，原料经过放肩过程、等径过程、 退火过程后，完成砷化镓单晶的生长。
16、作为优选，放肩过程中移动速度为1-2mm/h；等径过程中移动速度为2-4mm/h。
17、本专利技术的有益效果是：
18、1、本专利技术中，只需要控制各个冷却介质环中的冷却介质的流速，从而可以对加热腔中不同位置区域的温度进行调整，从而可以在加热腔中形成所需的温度梯度，从而保证砷化镓单晶的结晶质量，降低砷化镓单晶的缺陷。
19、2、本专利技术在制备砷化镓单晶时，炉体移动而原料不移动，这样可有效避免砷化镓在生长结晶过程中结晶体受到扰动而影响最终的结晶质量。
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1.砷化镓单晶生长装置，其特征在于，包括炉体和用于容纳原料的原料容纳装置，炉体设置在升降驱动装置上，炉体内设有加热腔，加热腔的下端敞口，炉体的内壁上设有加热部件，加热腔中设有若干个沿竖直方向排列的冷却介质环，冷却介质环内设有冷却介质腔，冷却介质环上连接有与冷却介质腔连通的冷却介质通入管和冷却介质排出管；
2.根据权利要求1所述的砷化镓单晶生长装置，其特征在于，冷却介质环可沿着竖直方向进行位置调节；冷却介质通入管和冷却介质排出管均从炉体的上端穿过。
3.根据权利要求1所述的砷化镓单晶生长装置，其特征在于，所述冷却介质通入管的下端与冷却介质环的内侧之间通过过渡管相连，所述冷却介质排出管的下端与冷却介质环的内侧之间通过过渡管相连。
4.根据权利要求2所述的砷化镓单晶生长装置，其特征在于，所述炉体的上端设有可使冷却介质通入管或冷却介质排出管穿过的通孔，通孔的外围设有安装槽，安装槽中设有夹紧件；夹紧件包括固定环、若干个热弯片，固定环固定设置在安装槽中，热弯片的一端与固定环相连，热弯片的另一端设有接触部件；热弯片呈圆形阵列布置，热弯片由第一金属层和第二金属
5.根据权利要求1所述的砷化镓单晶生长装置，其特征在于，所述冷却介质为氮气、氩气、二氧化碳中的一种。
6.根据权利要求1所述的砷化镓单晶生长装置，其特征在于，所述加热部件为电热丝，电热丝呈螺旋状布置。
7.根据权利要求4所述的砷化镓单晶生长装置，其特征在于，所述原料容纳装置包括坩埚、真空容器主体、真空容器盖，原料放置于坩埚中，坩埚放置于真空容器主体内，真空容器盖密封连接于真空容器主体的上端，真空容器主体内部抽真空。
8.根据权利要求7所述的砷化镓单晶生长装置，其特征在于，所述坩埚为氮化硼坩埚或石英坩埚。
9.一种砷化镓单晶制备方法，基于权利要求7所述的砷化镓单晶生长装置，其特征在于，包括如下具体步骤：
10.根据权利要求9所述的一种砷化镓单晶制备方法，其特征在于，放肩过程中移动速度为1-2mm/h；等径过程中移动速度为2-4mm/h。
...【技术特征摘要】
1.砷化镓单晶生长装置，其特征在于，包括炉体和用于容纳原料的原料容纳装置，炉体设置在升降驱动装置上，炉体内设有加热腔，加热腔的下端敞口，炉体的内壁上设有加热部件，加热腔中设有若干个沿竖直方向排列的冷却介质环，冷却介质环内设有冷却介质腔，冷却介质环上连接有与冷却介质腔连通的冷却介质通入管和冷却介质排出管；
2.根据权利要求1所述的砷化镓单晶生长装置，其特征在于，冷却介质环可沿着竖直方向进行位置调节；冷却介质通入管和冷却介质排出管均从炉体的上端穿过。
3.根据权利要求1所述的砷化镓单晶生长装置，其特征在于，所述冷却介质通入管的下端与冷却介质环的内侧之间通过过渡管相连，所述冷却介质排出管的下端与冷却介质环的内侧之间通过过渡管相连。
4.根据权利要求2所述的砷化镓单晶生长装置，其特征在于，所述炉体的上端设有可使冷却介质通入管或冷却介质排出管穿过的通孔，通孔的外围设有安装槽，安装槽中设有夹紧件；夹紧件包括固定环、若干个热弯片，固定环固定设置在安装槽中，热弯片的一端与固定环相连，热弯片的另一端设有接触部件；热弯片呈圆形阵列布置，热弯片由第一金属层和第二金属层组成，第一金属层位于第二金属层的...
【专利技术属性】
技术研发人员：卜俊鹏，邵广育，鞠少功，吴岳龙，卜英瀚，
申请(专利权)人：浙江康鹏半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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