一种用于合成半导体多晶材料的反应管装置的制作方法

本实用新型属于半导体制备技术领域，特别涉及一种用于合成半导体多晶材料的反应管装置。

背景技术：

磷化镓为人工合成的化合物半导体材料,晶体橙红色透明。晶体结构为闪锌矿型，晶格常数5.447±0.06埃，化学键是以共价键为主的混合键，其离子键成分约为20％，300k时能隙为2.26ev，属间接跃迁型半导体。

磷化镓单晶材料按用途可分为两类。低阻类磷化镓主要用于制造发光二极管，液相外延后可制造红色、黄绿色、纯绿色光的发光二极管，汽相外延加扩散生长后，可制造黄色、黄绿色光的发光二极管。高阻类的磷化镓可用于制作光电器件，具有表面硬度高、热导率大、宽透过波段的特点。采用高阻类磷化镓材料制作的光电器件具有带宽大，响应速度快，体积小，质量小，功耗小，长期稳定性好等特点，易与计算机兼容和自动化控制。

磷化镓材料中的碳元素含量对晶体的光学参数影响很大。低碳元素含量的半导体多晶材料的，其内部碳杂质吸收和散射较少，是制作理想光电子器件的理想材料。采用纯石墨反应管合成半导体多晶材料的，在合成过程中石墨中的碳元素会在高温环境下进入半导体多晶材料的熔体中，生产出的半导体多晶材料的中碳元素含量较高，这将导致晶体折射率较大(约为3)，增大晶体的红外反射率，大幅降低晶体的红外透过率，影响制作光电器件的质量和寿命。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为解决以上问题，本实用新型提供一种用于合成半导体多晶材料的反应管装置。

一种用于合成半导体多晶材料的反应管装置，包括均为水平设置的石墨管和热解氮化硼材料管，热解氮化硼材料管的外径接近石墨管的内径，热解氮化硼材料管位于石墨管内，且热解氮化硼材料管的底部外管壁与石墨管的底部内管壁相接触。

石墨管的顶部管壁的两端分别设有第一通气孔，热解氮化硼材料管的顶部管壁的两端分别设有第二通气孔，第一通气孔与第二通气孔位置对应。

其中，热解氮化硼材料管包括材料管管体和两个氮化硼材料堵头，两个氮化硼材料堵头分别扣合于材料管管体的两端管口，石墨管包括石墨管管体和两个石墨堵头，两个石墨堵头分别插接于石墨管管体的两端管口，且每个石墨堵头的插入石墨管管体内部的末端均与位于合成用反应管装置同侧的氮化硼材料堵头相接触。

其中，第二通气孔的孔径大于等于第一通气孔的孔径。

本实用新型的反应管装置，能有效地将合成的半导体多晶材料的与石墨隔离，降低合成多晶中碳元素的含量，获得高纯度的低碳半导体多晶材料，有效提高单晶的质量。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本实用新型实施方式的一种用于合成半导体多晶材料的反应管装置的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，一种用于合成半导体多晶材料的反应管装置，包括均为水平设置的石墨管1和热解氮化硼材料管2，热解氮化硼材料管2的外径接近石墨管1的内径，热解氮化硼材料管2位于石墨管1内，且热解氮化硼材料管2的底部外管壁与石墨管1的底部内管壁相接触。

本实用新型的反应管装置，外部为圆桶形石墨管1，起到承托和作为高频发热载体作用；内部为热解氮化硼材料管2，起到物料和石墨隔离作用。

石墨管1的顶部管壁的两端分别设有第一通气孔110，热解氮化硼材料管2的顶部管壁的两端分别设有第二通气孔210，第一通气孔110与第二通气孔210位置对应。热解氮化硼材料管2包括材料管管体和两个氮化硼材料堵头220，两个氮化硼材料堵头220分别扣合于材料管管体的两端管口，石墨管1包括石墨管管体和两个石墨堵头120，两个石墨堵头120分别插接于石墨管管体的两端管口，且每个石墨堵头120的插入石墨管管体内部的末端均与位于合成用反应管装置同侧的氮化硼材料堵头220相接触。

本实用新型的反应管装置，适用于磷化铟、磷化镓、砷化镓等ⅲ-ⅴ族化合物半导体材料高纯度多晶合成。以合成磷化镓为例，石墨管1上部的第一通气孔110，用于合成反应时，磷蒸气进入反应管内和镓进行反应，石墨管两端的两个石墨堵头120，方便进出氮化硼材料管2。氮化硼材料管2上部和石墨管1开孔对应位置也有两个第二通气孔210，用于合成反应时磷蒸气进入管内和镓进行反应合成磷化镓多晶，热解氮化硼材料管2的两端分别设有热解氮化硼材料堵头220，方便进出合成物料。

第二通气孔210的孔径大于等于第一通气孔110的孔径，保持合成反应时进入反应管装置的气流流通，避免合成反应时磷蒸气过多地滞留在石墨管1内的氮化硼材料管以外的空间。

再次以磷化镓为例，合成晶体时，先将液态镓装进本合成反应管装置的氮化硼材料管2内，将装好液态镓的氮化硼材料管2装入石墨反应管1内，将本装置与高纯磷材料一同装入石英管内抽真空后封管；然后将封好的石英管放入水平高压多晶合成炉，将本装置处升温至1400-1500摄氏度，保持时间为50－60分钟。加热石英管内高纯磷，让磷升华成磷蒸气通过本装置上的气孔进入氮化硼材料管2内和镓反应合成磷化镓多晶；待反应完成后，逐渐降温冷却至自然温度，将合成好的磷化镓多晶从本装置内取出。

经测试，使用本装置合成的多晶锭的碳元素含量为18ppb，远低于未用本装置之前的320ppb，使用效果明显。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种用于合成半导体多晶材料的反应管装置，其特征在于，包括均为水平设置的石墨管(1)和热解氮化硼材料管(2)，所述热解氮化硼材料管(2)的外径接近所述石墨管(1)的内径，所述热解氮化硼材料管(2)位于所述石墨管(1)内，且所述热解氮化硼材料管(2)的底部外管壁与所述石墨管(1)的底部内管壁相接触；

所述石墨管(1)的顶部管壁的两端分别设有第一通气孔(110)，所述热解氮化硼材料管(2)的顶部管壁的两端分别设有第二通气孔(210)，所述第一通气孔(110)与所述第二通气孔(210)位置对应。

2.如权利要求1所述的反应管装置，其特征在于，

所述热解氮化硼材料管(2)包括材料管管体和两个氮化硼材料堵头(220)，所述两个氮化硼材料堵头(220)分别扣合于所述材料管管体的两端管口，所述石墨管(1)包括石墨管管体和两个石墨堵头(120)，所述两个石墨堵头(120)分别插接于所述石墨管管体的两端管口，且每个石墨堵头(120)的插入所述石墨管管体内部的末端均与位于所述合成用反应管装置同侧的氮化硼材料堵头(220)相接触。

3.如权利要求1所述的反应管装置，其特征在于，

所述第二通气孔(210)的孔径大于等于所述第一通气孔(110)的孔径。

技术总结
本实用新型涉及一种用于合成半导体多晶材料的反应管装置，包括均为水平设置的石墨管和热解氮化硼材料管，热解氮化硼材料管的外径接近石墨管的内径，热解氮化硼材料管位于石墨管内，且热解氮化硼材料管的底部外管壁与石墨管的底部内管壁相接触。石墨管的顶部管壁的两端分别设有第一通气孔，热解氮化硼材料的顶部管壁的两端分别设有第二通气孔，第一通气孔与第二通气孔位置对应。本实用新型的反应管装置，能有效地将合成的半导体多晶材料的与石墨隔离，降低多晶材料中碳元素的含量，有效提高晶体的质量。

技术研发人员：马英俊;林泉;许兴;李万朋;许所成;刘向前;邢爱君;焦雪梅;孔鑫燚
受保护的技术使用者：北京国晶辉红外光学科技有限公司
技术研发日：2019.12.26
技术公布日：2020.10.16