本发明涉及半导体材料技术领域，尤其涉及一种半绝缘砷化镓多晶掺碳的制备方法及装置。
背景技术：
砷化镓(gaas)是一种属ⅲ-ⅴ族化合物的重要的半导体材料，其是制作集成电路、电力电子器件、光电子器件以及柔性太阳能电池等的关键基础材料。半绝缘砷化镓(si-gaas)是电阻率大于1×10^7ω·cm的砷化镓单晶。以半绝缘砷化镓为基体的砷化镓高速数字电路、微波单片电路(mmics)、光电集成电路、低噪声及大功率场效应晶体管，有速度快、频率高、低功耗和抗辐射等特点，对国防和经济建设具有重要意义。同时由于太阳能电池、光纤通信和移动通信的发展，对半绝缘砷化镓半导体材料的需求越来越大。
目前，高阻的半绝缘砷化镓大多是在石英管-pbn系统下采用垂直梯度凝固工艺，通过气氛掺杂手段在砷化镓单晶拉制过程中直接进行碳的掺杂而获得。但是，上述工艺在制备半绝缘砷化镓的过程中，很难控制c浓度，晶体的电学性能的均匀性也很难得到保证。
技术实现要素：
鉴于上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提出一种半绝缘砷化镓多晶掺碳的制备方法及装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种半绝缘砷化镓多晶掺碳的制备装置，包括一圆筒形的加热装置，所述加热装置的一端为源区，另一端为生长区，所述加热装置的控制温度从所述源区至所述生长区递增；所述加热装置内固定设置有一石英管，所述石英管内与所述源区相对应的位置相邻设置有用于盛放石墨粉的第一pbn舟和用于盛放第ⅲ-ⅳ族氯化物、氟化物或氧化物的第二pbn舟，所述石英管内与所述生长区相对应的位置设有一用于盛放砷化镓多晶的第三pbn舟；所述石英管在反应时为真空密封状态。
进一步的，所述加热装置的控制温度的梯度范围为1200℃-1300℃。
进一步的，所述第ⅲ-ⅳ族氯化物、氟化物或氧化物为氯化砷、氯化镓、氟化砷、氟化镓、氧化砷或氧化镓。
进一步的，所述石英管的长度为1m-1.5m，直径为70mm-120mm。
一种基于上述半绝缘砷化镓多晶掺碳的制备装置的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将石墨粉的放置在所述第一pbn舟中，将第ⅲ-ⅳ族氯化物、氟化物或氧化物放置在所述第二pbn舟中，并将所述第一pbn舟和所述第二pbn舟放置在所述石英管内与所述源区相对应的位置；将砷化镓多晶放置在所述第三pbn舟中，并将所述第三pbn舟放置在所述石英管内与所述生长区相对应的位置；
步骤二：将所述石英管真空处理后，用氢氧焰焊接所述石英管进行密封处理；
步骤三：开启所述加热装置，所述第一pbn舟和所述第二pbn舟中的原料发生化学反应，生成碳的化合物气相物质，碳的化合物气相物质在所述源区和所述生长区的温度梯度的作用下物理气相传输掺杂至第三pbn舟的砷化镓多晶中；
步骤四：将掺杂后的砷化镓多晶放入石英容器中进行多晶合成，在1000℃-1300℃下，使其中的氯或氟元素挥发出来，同时使其中的c浓度分布均匀，得到产物掺碳半绝缘砷化镓多晶。
进一步的，所述第一pbn舟中装有石墨粉的质量为1g-10g；所述第二pbn舟中装有第ⅲ-ⅳ族氯化物、氟化物或氧化物的质量为1g-10g；所述第三pbn舟中装有砷化镓多晶的质量为3kg-15kg。
本发明的突出效果为：
本发明的一种半绝缘砷化镓多晶掺碳的制备方法及装置，通过控制源区与生长区的温度分布实现物理化学气相传输，即原料在源区下发生化学反应并形成气相物质，该气相物质在轴向温度梯度的作用下物理传输到至砷化镓多晶中。该种方法合成的高阻半绝缘砷化镓多晶用于拉制半绝缘砷化镓单晶，拉制出的半绝缘砷化镓单晶具有电阻率高、碳分布均匀、电子迁移率高的优点；避免了在砷化镓单晶拉制过程中直接掺杂，有效降低了如晶体生长的成晶率、c浓度的控制及其分布均匀性等方面的制造难度；设备简单、成本低。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图中：1加热装置，2石英管，3第一pbn舟，4第二pbn舟，5第三pbn舟，6源区，7生长区。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例
如图1所示，本实施例的一种半绝缘砷化镓多晶掺碳的制备装置，包括圆筒形的加热装置1，加热装置1的一端为源区6，另一端为生长区7，加热装置1的控制温度从源区6至生长区7递增；加热装置1的控制温度的梯度范围为1200℃-1300℃。加热装置1内固定设置有石英管2，石英管2内与源区6相对应的位置相邻设置有用于盛放石墨粉的第一pbn舟3和用于盛放第ⅲ-ⅳ族氯化物、氟化物或氧化物的第二pbn舟4，石英管2内与生长区相对应的位置设有一用于盛放砷化镓多晶的第三pbn舟5；石英管2在反应时为真空密封状态。
其中，第ⅲ-ⅳ族氯化物、氟化物或氧化物可以为氯化砷、氯化镓、氟化砷、氟化镓、氧化砷或氧化镓。
可选的，石英管的长度为1m-1.5m，直径为70mm-120mm。
一种基于上述半绝缘砷化镓多晶掺碳的制备装置的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将石墨粉的放置在第一pbn舟3中，将第ⅲ-ⅳ族氯化物、氟化物或氧化物放置在第二pbn舟4中，并将第一pbn舟3和第二pbn舟4放置在石英管2内与源区6相对应的位置；将砷化镓多晶放置在第三pbn舟5中，并将第三pbn舟5放置在石英管2内与生长区7相对应的位置；
步骤二：将石英管2真空处理后，用氢氧焰焊接石英管2进行密封处理；
步骤三：开启加热装置1，第一pbn舟3和第二pbn舟4中的原料发生化学反应，生成碳的化合物气相物质，碳的化合物气相物质在源区6和生长区7的温度梯度的作用下物理气相传输掺杂至第三pbn舟5的砷化镓多晶中；
步骤四：将掺杂后的砷化镓多晶放入石英容器中进行多晶合成，在1000℃-1300℃下，使其中的氯或氟元素挥发出来，同时使其中的c浓度分布均匀，得到产物掺碳半绝缘砷化镓多晶。
其中，第一pbn舟3中装有石墨粉的质量为1g-10g；第二pbn舟4中装有第ⅲ-ⅳ族氯化物、氟化物或氧化物的质量为1g-10g；第三pbn舟5中装有砷化镓多晶的质量为3kg-15kg。
经测试，本实施例制备得到的掺碳的半绝缘砷化镓多晶，经拉制得到的掺碳的半绝缘砷化镓单晶，电阻率高达107ω·cm-108ω·cm；c浓度在1×1015cm-3-3×1015cm-3，c浓度分布均匀；电子迁移率达4500cm2/v.s～5000cm2/v.s。
本实施例的一种半绝缘砷化镓多晶掺碳的制备方法及装置，通过控制源区6与生长区7的温度分布实现物理化学气相传输，即原料在源区6下发生化学反应并形成气相物质，该气相物质在轴向温度梯度的作用下物理传输到至砷化镓多晶中。该种方法合成的高阻半绝缘砷化镓多晶用于拉制半绝缘砷化镓单晶，拉制出的半绝缘砷化镓单晶具有电阻率高、碳分布均匀、电子迁移率高的优点；避免了在砷化镓单晶拉制过程中直接掺杂，有效降低了如晶体生长的成晶率、c浓度的控制及其分布均匀性等方面的制造难度；设备简单、成本低。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。