专利名称：蒸汽压控制直拉单晶生长装置的制作方法
技术领域：
本实用新型公开了一种蒸汽压控制直拉单晶生长装置，属于半导体晶体生长设备技术领域。
在生产化合物半导体晶体的单晶炉中，为防止化合物分解损失，保证化合物单晶体中的化学配比，通常是在单晶炉的坩埚外安装一个热密封容器，使从坩埚中蒸发出来的混合蒸汽(主要是高分解压元素蒸汽)不凝结，形成混合蒸汽，以保证化合物单晶体中的化学配比。目前使用的热密封容器是整体式的，安装很不方便，因而不能在热状态下开启，不能够重复使用，给使用带来不方便，并增加了生产成本。
本实用新型的目的是提供一种蒸汽压控制直拉单晶生长装置，其中的热密封容器可以在热状态下开启，可重复使用，便于安装，并且密封性好，便于控制蒸汽压。
本实用新型所设计的蒸汽压控制直拉晶体生长装置包括有单晶炉、加热装置，机械传动装置和气体调节装置，在单晶炉体内装有热密封容器，热密封容器由上、下两容器体组成，上、下容器体之间装有密封连接装置，热密封容器包围坩埚，坩埚传动杆和籽晶杆通过密封装置进入热密封容器。
所述密封连接装置由环形凹槽构成，环形凹槽与下容器体上端口联为一体，上容器体的下端口插在环形凹槽中。
所述热密封容器的上端带有观察窗口。
所述坩埚传动杆和籽晶杆通过的密封装置主要由密封室和密封环组成，密封室内带有环形凹槽，底部带有中心孔，密封环带有凹槽，密封环与密封室固定安装，密封环外圆周表面与密封室的环形凹槽内表面紧密配合，密封环的凹槽与密封室的环形凹槽相对置形成储液室，密封环的环口与密封室的中心孔的上部边缘之间有间隙，密封环的高度小于密封室内环形凹槽的高度。
在坩埚传动杆通过的密封装置下方，坩埚传动杆上固定有朝密封室方向开口的承接器。
所述密封室和密封环可以制作成一体结构，其中带有储液室。
所述密封环的高度为密封室内凹槽高度的1/3～2/3。
所述籽晶杆由上籽晶杆和下籽晶杆组成，上籽晶杆是实心杆，下籽晶杆是空心管状杆，上籽晶杆的下端带有联接杆，联接杆与下籽晶杆上端的联接孔紧密配合联接，并用销子穿过联接杆和联接孔，下籽晶杆下端带有籽晶安装孔，其上带有定位销孔。
所述联接杆中间开有环形槽。
在环形槽的下槽口上带有圆锥斜面。
本实用新型所设计的蒸汽压控制直拉单晶生长装置具有下列优点1．装置中的热密封容器结构简单，安装方便，可在热状态下开启，能重复使用。热密封容器分为上、下两部分容器体，上、下容器体之间用密封连接装置联接。当用环形凹槽密封连接装置时，在环形凹槽中加入氧化硼，在高温下，氧化硼熔化，包围上容器体下端，形成液态密封，这种密封结构简单，密封性好，容易安装，可以在热状态下开启。安装过程中不破坏上、下容器体，因而热密封容器可以重复使用，减轻了操作劳动量，降低了生产成本。
2．装置中的热密封容器密封性好，有利于控制热密封容器中的蒸汽压。热密封容器与籽晶杆和坩埚传动杆之间密封装置也采用装入氧化硼的液态密封，熔化后的液态氧化硼附着在籽晶杆和坩埚传动杆上，填满籽晶杆或坩埚传动杆与密封装置之间的间隙，使热密封容器内的混合蒸汽不泄露，保持所需蒸汽压，便于调整控制热密封容器中的蒸汽压。
3．籽晶杆变形小，对中性强，密封性好，在转动中不摆动，有利于晶体生长。籽晶杆的下籽晶杆为空心管状杆，管壁薄，受热后变形小，因而与热密封容器上的密封装置配合良好，保证了密封装置的密封性能。上、下籽晶杆之间为紧密配合联接，可以防止热密封容器中的蒸汽通过联接处泄露。上、下籽晶杆的联接面、外圆经过加工，尺寸精度高，因而对中性好，在转动中不摆动，有利晶体生长。当籽晶杆采用陶瓷材料制做时，其耐腐蚀性能好，使用寿命长，防止二次污染。
4.便于控制调节热密封容器中混合蒸汽压，有利于单晶体化学剂量比的调节。
5.该装置主要适用于砷化镓、砷化铟及磷化镓晶体的生长，所拉制的单晶体质量好，位错密度低，如Φ3″半绝缘砷化镓单晶位错密度可达7000cm-2～9000cm-2，Φ4″半绝缘砷化镓单晶的位错密度可达3.5～4.2×104cm-2。
图1是蒸汽压控制直拉单晶生长装置的结构示意主视图。
图2是密封连接装置的结构示意图。
图3是籽晶杆处密封装置的结构示意图。
图4是坩埚传动杆处密封装置的结构示意图。
图5是籽晶杆的结构示意图。
以下结合附图和实施例对本实用新型作详细说明。
实施例蒸汽压控制直拉单晶生长装置的结构见图1所示。图中标号1表示单晶炉体外壳，单晶炉的其余部分未画出。在单晶炉体外壳1中安装有热密封容器2，热密封容器2由上容器体3和下容器体4组成，上、下容器体由密封连接装置5连接在一起。热密封容器2包围坩埚6，坩埚6安装在坩埚传动杆7上，坩埚6上方是籽晶杆8，籽晶杆8和坩埚传动杆7分别通过密封装置9和10进入热密封容器2中。
密封连接装置5由环形凹槽11构成，其结构见图2所示，环形凹槽11与下容器体4连为一体，上容器体3的下端插入环形凹槽11中，在环形凹槽11中装有氧化硼。
在热密封容器2的上部装有观察窗口12。
密封装置9和10由密封室13和密封环14组成，其结构见图3和图4所示，密封室13内带有环形凹槽15，底部带有中心孔16，密封环14带有凹槽17，密封环14外圆周表面与密封室13的环形凹槽15内表面紧密配合，密封环14的凹槽17与密封室13的环形凹槽15对置形成储液室18，密封环14的环口与密封室13的中心孔16的上部边缘之间形成间隙19，成为储液室18的进口。密封环14的高度小于密封室13内环形凹槽15的高度。在密封室13的环形凹槽15中装有氧化硼。
在密封装置10的下方，坩埚传动杆7上固定有向上开口的承接器20。
籽晶杆8由上籽晶杆21和下籽晶杆22组成，其结构见图5所示。上籽晶杆21是实心杆，下籽晶杆22是空心管状杆，上籽晶杆21的下端带有联接杆23，联接杆23中间开有环形槽24，环形槽24的下槽口上带有圆锥斜面25，联接杆23与下籽晶杆22上端的联接孔26紧密配合联接，并用销子27穿过联接杆23和联接孔26，使其固定。下籽晶杆22的下端带有籽晶安装孔28，籽晶29安装在其中，并用销子30固定籽晶29。上、下籽晶杆用陶瓷材料制做。
蒸汽压控制直拉单晶生长装置工作时，将化合物放入坩埚6中，例如拉制砷化镓单晶时，将镓和砷的化合物放入坩埚6中，将上、下容器体联接。加热镓和砷，同时加热密封连接装置5、密封装置9和10中的氧化硼。氧化硼熔化后，形成液体密封，使热密封容器2形成一个良好的密封空间，在这个密封空间中，可以保持控制砷熔化后形成的蒸汽压，使镓中含有砷的化学配比满足规定的要求，防止化合物的分解损失。另外，用这种方法拉制单晶时，结晶处的温度梯度小，提高了单晶的质量，降低了单晶体中的位错密度。此外，该装置中使用的籽晶杆8热变形小，密封性好，对中性强，转动时不摆动，有利于单晶生长。当拉制单晶完成后，可以开启热密封容器2，取出单晶，热密封容器2可以重复使用，且操作简便。
权利要求1.一种蒸汽压控制直拉单晶生长装置，包括有单晶炉、加热装置、机械传动装置和气体调节装置，其特征是在单晶炉体内装有热密封容器，热密封容器由上、下两容器体组成，上、下容器体之间装有密封连接装置，热密封容器包围坩埚，坩埚传动杆和籽晶杆通过密封装置进入热密封容器。
2.根据权利要求1所述的蒸汽压控制直拉单晶生长装置，其特征还在于是所述密封连接装置由环形凹槽构成，环形凹槽与下容器体上端口联为一体，上容器体的下端口插在环形凹槽中。
3.根据权利要求1所述的蒸汽压控制直拉单晶生长装置，其特征还在于是所述热密封容器的上端带有观察窗口。
4.根据权利要求1所述的蒸汽压控制直拉单晶生长装置，其特征还在于是所述坩埚传动杆和籽晶杆通过的密封装置主要由密封室和密封环组成，密封室内带有环形凹槽，底部带有中心孔，密封环带有凹槽，密封环与密封室固定安装，密封环外圆周表面与密封室的环形凹槽内表面紧密配合，密封环的凹槽与密封室的环形凹槽相对置形成储液室，密封环的环口与密封室的中心孔的上部边缘之间有间隙，密封环的高度小于密封室内环形凹槽的高度。
5.根据权利要求4所述的蒸汽压控制直拉单晶生长装置，其特征还在于是在坩埚传动杆通过的密封装置下方，坩埚传动杆上固定有朝密封室方向开口的承接器。
6.根据权利要求4所述的蒸汽压控制直拉单晶生长装置，其特征还在于是所述密封室和密封环可以制作成一体结构，其中带有储液室。
7.根据权利要求4所述的蒸汽压控制直拉单晶生长装置，其特征还在于是所述密封环的高度为密封室内凹槽高度的1/3～2/3。
8.根据权利要求1所述的蒸汽压控制直拉单晶生长装置，其特征还在于是所述籽晶杆由上籽晶杆和下籽晶杆组成，上籽晶杆是实心杆，下籽晶杆是空心管状杆，上籽晶杆的下端带有联接杆，联接杆与下籽晶杆上端的联接孔紧密配合联接，并用销子穿过联接杆和联接孔，下籽晶杆下端带有籽晶安装孔，其上带有定位销孔。
9.根据权利要求8所述的蒸汽压控制直拉单晶生长装置，其特征还在于是所述联接杆中间开有环形槽。
10.根据权利要求9所述的蒸汽压控制直拉单晶生长装置，其特征还在于是在环形槽的下槽口上带有圆锥斜面。
专利摘要本实用新型公开了一种蒸汽压控制直拉单晶生长装置,属于半导体晶体生长设备技术领域。该装置包括单晶炉、加热装置、机械传动装置和气体调节装置,在单晶炉体中装有热密封容器,热密封容器由上、下容器体组成,上、下容器体之间装有密封连接装置,热密封容器包围坩埚,坩埚传动杆和籽晶杆通过密封装置进入热密封容器。使用这种单晶生长装置,可以控制混合蒸汽压力,保持单晶体中化学剂量比,提高单晶体质量,降低晶体中的位错密度。
文档编号C30B15/00GK2470372SQ0121920
公开日2002年1月9日 申请日期2001年4月6日 优先权日2001年4月6日
发明者屠海令, 王永鸿, 钱嘉裕, 宋萍, 张峰燚 申请人:北京有色金属研究总院