一种用于晶体等温气相外延工艺的石英容器制造技术

本专利公开了一种用于晶体等温气相外延工艺的石英容器，该石英容器由用99.99999％的高纯石英材料制成的石英塞、石英盒和石英环组成。石英塞是一个上部为圆锥体下部为带锥度圆柱体的中空的磨砂口塞子，石英盒为圆柱体杯状结构，石英盒的底部放置晶体生长源材料，石英环放置在源材料的上方，晶体生长用衬底放置在石英环上，如果有多片衬底，则用石英环将每片衬底相互隔开后叠加放入石英盒中，石英塞将石英盒口塞住密闭。这种石英容器可以解决碲镉汞等温气相外延中Hg损失的问题，从而提高材料的均匀性和外延面积，同时在一个石英容器里可以实现多片衬底的外延沉积。

【技术实现步骤摘要】

本专利涉及一种晶体生长石英容器，具体涉及一种用于晶体等温气相外延工艺的石英容器，它适用于红外晶体材料的等温气相外延的生长，特别适用于碲镉汞晶体的等温气相外延生长。
技术介绍
Hg1^xCdxTe三元材料是一种重要的红外晶体材料。常用的Hgl_xCdxTe薄膜材料生长方法有液相外延(LPE)、分子束外延(MBE)、金属有机气相外延(MOCVD)和等温气相外延 (ISOVPE)方法等。由于等温气相外延其成本较低，不需要大型设备和超高真空，因此，不像分子束外延、金属有机气相外延这种设备需要投入大量资金维持运转。目前等温气相外延常用生长容器是石墨盒，石英盒等。Robert Ε. Kay (1987，United State Patent, patent number 4648917)设计过石墨盒生长容器，但石墨盒的纯度很难到达99. 99999%纯度，因此在生长过程中容易挥发出杂质。P. Mitra (Semicond. Sci. Technol. 8 (1993) 5205-5210. Printed in the UK)设计的石英生长容器是需要在充满氢气高压的炉体内使用，这无形增加了使用成本和安全隐患。昆明物理所(陶长远，刘达清.“低χ值HghCdxTe开管等温气相外延.”，红外与激光技术，1991，2 :30-35)曾研究低χ值Hgl_xCdxTe开管等温气相外延。采用卧式开管等温气相外延系统。对于等温气相外延面临的最大问题是Hg损失，由于开管生长，强大的气流会带走大量的Hg蒸气，进而Hg组分难以精确控制。
技术实现思路
本专利的目的是提供一种等温气相外延工艺用的晶体生长容器，解决开管等温气相外延中存在的Hg蒸气的损失问题。晶体生长容器的具体结构如附图1、2所示，它由石英塞1、石英盒2和石英环3三个部件组成，这些部件均采用99. 99999%的高纯石英材料制成。石英塞1是磨砂口塞子， 其的上部分是一个圆锥体，下部分是一个带锥度圆柱体，圆柱体与圆锥体相连处的上部直径大于其下部直径，圆柱体的锥度为4-6°，下部分带锥度圆柱体的表面磨砂处理，石英塞 1中间是空的，其石英玻璃的壁厚为l_2mm ；石英盒2为圆柱体杯状结构，杯的内部呈与石英塞1下部分同锥度的锥形圆柱体形状且杯口的直径比杯底的直径大，杯口部分磨砂处理以保证石英塞1与石英盒之间的密闭性，石英盒2的内径比所需生长晶体直径大2mm，高度为 40 60mm，石英玻璃壁厚l_2mm ；石英环3是厚度为5mm的圆环，环的外径与所需生长晶体的直径相同，环的内径比环的外径小2mm。石英盒2的底部放置晶体生长源材料4，石英环3放置在源材料4的上方，晶体生长用衬底5放置在石英环3上，如果有多片衬底，则用石英环将每片衬底相互隔开后叠加放入石英盒2中，石英塞1将石英盒2 口塞住密闭以减少Hg的逃逸。本专利石英容器的优点在于它可以解决碲镉汞等温气相外延中Hg损失的问题， 以提高材料的均勻性和外延面积。在一个石英盒里实现多片衬底的外延沉积，该石英盒可以用于闭管、开管等温气相外延领域。附图说明图1:石英容器结构图。图2 实施例中的石英塞、石英盒和石英环的结构图。图3 :a图为1016管透射光谱图，b图为1023管透射光谱图。具体实施例方式以生长直径16mm的碲镉汞晶片为例，分为两组进行一组1016管为未使用石英盒生长的闭管等温气相外延。另一组1023管为使用石英盒生长的闭管等温气相外延。通过比较两组实验，证实本专利技术的石英盒成功用于等温气相外延。等温气相外延石英容器结构如下石英塞1 楔形设计，上部圆锥体的锥角50士 10°，直径18mm，高20mm，壁厚1mm， 下部锥形圆柱体的锥度5士 1°，长20士0.5mm。石英盒2 上端内径18_，下端内径16. 05_，高40_，公差士0. 5mm，壁厚1_。石英环 3 内径 16mm，高 5mm，公差士0. 5mm，厚 1mm。石英环3、石英塞1和石英盒2依次套入，在石英环的下面放置HghCdxTe源材料 4，石英环上面HghCdxTe放置衬底5，盖上石英塞，然后将石英盒放置在生长室内进行生长。图3a为1016管透射光谱，由于没使用石英生长盒，其外延的Hgl_xCdxTe材料截止波长为2. 19um 2. Mum之间，并且长波透过率降低，图北为1023管透射光谱，由于使用石英生长盒，其外延的HghCdxTe材料截止波长为4. 7um 6. Oum之间，并且长波透过率没有明显的降低。由此可见，采用磨砂口的小石英盒可以有效减少Hg损失。通过对比1016管和1023管的生长结果可以看出，利用本专利技术设计的石英盒可以有效减少生长过程中的Hg损失，提高生长效率，并且生长的材料均勻性较好，具有清晰的界面。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于晶体等温气相外延工艺的石英容器，它由石英塞（１）、石英盒（２）和石英环（３）组成，其特征在于：所述的石英塞（１）的上部分是一个圆锥体，下部分是一个带锥度圆柱体，圆柱体与圆锥体相连处的上部直径大于其下部直径，圆柱体的锥度为４－６°，下部分带锥度圆柱体的表面磨砂处理，石英塞（１）中间是空的，其石英玻璃的壁厚为１－２ｍｍ；所述的石英盒（２）为圆柱体杯状结构，杯的内部呈与石英塞（１）下部分同锥度的锥形圆柱体形状且杯口的直径比杯底的直径大，杯口部分磨砂处理，石英盒（２）的内径比所需生长晶体直径大２ｍｍ，高度为４０～６０ｍｍ，壁厚１－２ｍｍ；所述的石英环（３）是厚度为５ｍｍ的圆环，环的外径与所需生长晶体的直径相同，环的内径比环的外径小２ｍｍ；石英盒（２）的底部放置晶体生长源材料（４），石英环（３）放置在源材料（４）的上方，晶体生长用衬底（５）放置在石英环（３）上，如果有多片衬底，则用石英环将每片衬底相互隔开后叠加放入石英盒（２）中，石英塞（１）将石英盒（２）口塞住密闭。

【技术特征摘要】
1.一种用于晶体等温气相外延工艺的石英容器，它由石英塞(1)、石英盒( 和石英环 (3)组成，其特征在于所述的石英塞(1)的上部分是一个圆锥体，下部分是一个带锥度圆柱体，圆柱体与圆锥体相连处的上部直径大于其下部直径，圆柱体的锥度为4-6°，下部分带锥度圆柱体的表面磨砂处理，石英塞(1)中间是空的，其石英玻璃的壁厚为l-2mm;所述的石英盒O)为圆柱体杯状结构，杯的内部呈与石英塞(1)下部分同锥度的锥形圆柱体形状且杯口的直径比杯底的直径大，杯口部分磨砂处理，石英盒O)的内径比所需生长晶体直径大2mm，高度为40 60...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仍，李向阳，林杏潮，张莉萍，张可峰，焦翠灵，陆液，邵秀华，陆荣，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：31