可实现连续生产的晶体生长炉的制作方法

本发明涉及半导体材料制备技术领域，具体涉及一种可实现连续生产的晶体生长炉。

背景技术：

InP是较早被研制出来的Ⅲ-Ⅴ族化合物，随着光纤通信、高速电子器件、高效太阳能电池以及激光二极管的迅猛发展。InP晶体系列的一系列优越特性得以发挥，越来越引起人们的重视和关住。

目前InP的生长方法应用较多的是VGF法。垂直梯度凝固(VGF)方法是生长低位错、高质量化合物单晶的主要工艺技术之一。VGF方法生长化合物单晶，采用多段加热结构的加热器，可精确建立垂直方向的温度梯度，使化合物定向凝固生长。该方法生长化合物单晶时，热场温度梯度小，从而晶体应力小，位错密度低，电学参数均匀。

但还存在一些问题，如：晶体合成时间长，要靠人工方式将坩埚放入或移出晶体炉，增加了人工成本，降低了晶体的生产的效率。

技术实现要素：

本发明提供了一种可实现连续生长InP的晶体生长炉，采用VGF生长法连续生产单晶，提高了合成效率，减少了工艺环节，也可进行其他Ⅲ-Ⅴ族化合物单晶的生长。

本发明所述的一种可实现连续生长的晶体生长炉，包括水平移动机构、炉体、垂直提升机构、坩埚组件，多个坩埚组件经过水平移动机构和垂直提升机构依次移动到炉体内，实现在线连续生产。

优选地，多个坩埚组件，等间隔安放在水平移动机构上，通过垂直提升机构将其中一个坩埚组件提升到炉体内生长，生长结束后自动下降到水平移动机构上，同时下一个坩埚组件前行到垂直提升机构下方，通过坩埚组件连续不断的自动进行晶体生产。

优选地，所述水平移动机构由水平移动机构支架和水平输送带组成，水平移动机构支架固定于地面上，水平输送带安装在水平移动机构支架1顶部，控制坩埚组件在水平方向上的位置。

优选地，所述炉体的锁紧法兰将所述坩埚组件中的密封法兰衬板锁紧，密封法兰衬板为多边凸起形状，而锁紧法兰形成与之契合的形状，形成炉体密封空间。

优选地，所述水平输送带往一个固定的方向运动，可扩展延长长度，形成流水线。

优选地，生产单晶时，通过炉体底部锁紧法兰可以将坩埚组件固定于炉体内，形成密封环境；晶体生长结束后，松开炉体锁紧法兰，通过垂直升降机构将坩埚组件降下到水平移动机构上运走，开始下一个坩埚组件的晶体生长。

优选地，炉体为耐高压容器，炉体外层材质为不锈钢，内部通冷却水，使整个炉体表面温度维持在室温左右，保护各个部位的密封件不被高温变形。

优选地，垂直提升机构由气缸垂直升降杠构成，控制坩埚组件的提升和下降，晶体生长时，垂直升降杆处于伸长状态，晶体生长完毕后垂直升降杆处于缩回状态，坩埚组件降到水平输送带上，由水平输送带运输离开垂直升降杆，同时下一个已装好物料的坩埚组件移动到垂直升降杆上中心对准的位置，通过垂直升降杆提升到炉体内进行晶体生长。

优选地，坩埚组件从下往上依次由：密封法兰衬板、坩埚底板、石墨支撑座、坩埚构成，密封法兰衬板中间设有突起柱，用于固定坩埚底板，坩埚底板下部有设有凹槽，用于契合连接密封法兰衬板，坩埚底板上部设有定位销，用于支撑石墨支撑座和坩埚。

优选地，晶体生长所需的反应物添加到坩埚内部，生长磷化铟时，将磷化铟籽晶、磷化铟多晶和微量红磷添加到坩埚，再在物料表面填充三氧化二硼，进行晶体生长，得到磷化铟单晶；生长其他Ⅲ-Ⅴ族化合物单晶时，将坩埚内的成分换成相应晶体的杍晶多晶材料，表面再填充三氧化二硼，进行晶体生长得到所需生长的Ⅲ-Ⅴ族化合物单晶。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：采用VGF生长法连续生产单晶，提高了合成效率，减少了工艺环节，也可进行其他Ⅲ-Ⅴ族化合物单晶的生长。本发明可实现连续生长InP的晶体生长炉，采用垂直梯度凝固法，将磷化铟籽晶、磷化铟多晶、三氧化二硼和红磷进行加热，进行晶体生长，得到磷化铟单晶。无需添加铁或硫等掺杂剂，即可得到位错密度较低的磷化铟单晶，通过多坩埚备料可以实现在线连续生产，简化了工艺，节约了成本和时间。

附图说明

通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1是本发明晶体生长时的结构示意图。

图2是本发明晶体运输时的结构示意图。

图3是本发明密封法兰衬板和锁紧法兰的俯视图。

图中:1、水平移动机构支架，2、炉体支架，3、垂直升降杠，4、水平输送带，5、密封法兰衬板，6、坩埚底板，7、石墨支撑座，8、坩埚，9、锁紧法兰，10、炉体外层，11、保温层，12、加热器，13、石英管。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

下面结合图1-3来详细说明本实施例。图1本发明晶体生长时的结构示意图，图2是本发明晶体运输时的结构示意图。

本发明包括：水平移动机构、炉体、垂直提升机构、坩埚组件，多个坩埚组件经过水平移动机构和垂直提升机构依次移动到炉体内，实现在线连续生产。

水平移动机构：由水平移动机构支架1和水平输送带4组成。水平移动机构支架1固定于地面上，水平输送带4安装在水平移动机构支架1顶部，由电机拖动。生产时，水平输送带4控制坩埚组件在水平方向上的位置，参与连续生产的运动过程。由水平移动机构支架1至少由2个支架构成。优选地，水平输送带4往一个固定的方向运动，可以扩展延长长度，形成流水线。

炉体由：炉体支架2、锁紧法兰9、炉体外层10、保温层11、加热器12、石英管13构成。炉体支架2垂直立于地面上，至少由2个支架构成，炉体支架2上部连接固定炉体外层10。炉体从外部往内部依次为炉体外层10、保温层11、加热器12、石英管13。锁紧法兰9位于炉体外层10的下部。

图3是本发明密封法兰衬板和锁紧法兰的俯视图。单晶晶体生长时，坩埚组件提升到位炉体内，锁紧法兰9将坩埚组件中的密封法兰衬板5锁紧，形成炉体密封空间。炉体为耐高压容器，炉体外层10材质为不锈钢，内部通冷却水，使整个炉体表面温度维持在室温左右，保护各个部位的密封件不被高温变形。密封法兰衬板5为多边凸起形状，而锁紧法兰9形成与之契合的形状。

垂直提升机构由气缸垂直升降杠3构成，上升行程大概800毫米，控制坩埚组件的提升和下降。晶体生长时，垂直升降杆3处于伸长状态(如图1)，晶体生长完毕后垂直升降杆3处于缩回状态(如图2)，坩埚组件降到水平输送带4上，由水平输送带4运输离开垂直升降杆3，同时下一个已装好物料的坩埚组件移动到垂直升降杆3上中心对准的位置，通过垂直升降杆3提升到炉体内进行晶体生长。

坩埚组件从下往上依次由：密封法兰衬板5、坩埚底板6、石墨支撑座7、坩埚8构成。石墨支撑座7支撑坩埚8，密封法兰衬板5中间设有突起柱，用于固定坩埚底板6，坩埚底板6下部有设有凹槽，用于契合连接密封法兰衬板5，坩埚底板6上部设有定位销，用于支撑石墨支撑座7和坩埚8。

晶体生长所需的反应物添加到坩埚8内部。生长磷化铟时，将磷化铟籽晶、磷化铟多晶和微量红磷添加到坩埚8，再在物料表面填充三氧化二硼，进行晶体生长，得到磷化铟单晶。生长其他Ⅲ-Ⅴ族化合物单晶时，将坩埚内的成分换成相应晶体的杍晶多晶材料，表面再填充三氧化二硼，进行晶体生长得到所需生长的Ⅲ-Ⅴ族化合物单晶。

本发明可实现连续生长InP的晶体生长炉，采用VGF法生长单晶，其中，将多个坩埚组件6，等间隔安放在水平移动机构上，通过垂直提升机构将其中一个坩埚组件6提升到炉体内生长，生长结束后自动下降到水平移动机构上，同时下一个坩埚组件前行到垂直升降杆3中心处，通过坩埚组件连续不断的自动进行晶体生产。

生产单晶时，先将磷化铟杍晶、磷化铟多晶、三氧化二硼以及微量红磷装入坩埚内，坩埚组件经过水平移动机构和垂直提升机构移动到炉体内，通过炉体底部锁紧法兰可以将坩埚组件固定于炉体内，形成密封环境。当坩埚组件位与炉体内部时，筒状的加热器包绕在坩祸的四周，加热时形成可控的高精度温度梯度，采用VGF生长法，晶体开始生长。晶体生长结束后，松开炉体锁紧法兰，通过垂直升降机构将坩埚组件降下到水平移动机构上运走，开始下一个坩埚组件的晶体生长。

通过改变坩埚组件晶体反应物的成分，只需将坩埚内的成分换成相应晶体的杍晶、多晶材料，表面再填充三氧化二硼就可实现晶体生长，如GaAs、GaP、AlP、InSb等化合物半导体材料，可以连续生长不同类型的Ⅲ-Ⅴ族化合物单晶，提高了合成效率，减少了工艺环节，节省了专门的合成设备，降低了晶体成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。