专利名称：一种用于合成GaAs半导体的水平合成炉的制作方法
技术领域：
本实用新型属于合成半导体的水平炉技术领域，特别涉及一种用于合成GaAs半 导体的水平合成炉。
背景技术：
GaAs水平单晶以其位错密度低且均勻，杂质分布均勻而著称，在光电(低阻)器件 衬底材料领域占有非常重要的地位，又用于LED器件衬底多以掺硅为主，水平法中单晶是 在硅气氛中生长的，生长舟为石英舟，生长过程中不引入其它杂质，有利于提高LED器件的 发光效率和发光强度。在光电领域，现今制备GaAs半导体水平单晶的方法主要是水平布里奇曼法(HB)， 在制备单晶前要合成GaAs半导体多晶料。合成GaAs多晶的方法有多种，直接利用两种元 素反应生成化合物半导体是最广泛，最成熟的方法。在合成GaAs半导体时，将单质As和液 体Ga分开放入石英玻璃管内，单质As经加热升华扩散进入高温的Ga液中形成GaAs熔体， 用反应式可以表示为(1-x) Ga+xAs — GapxAsx控制As加热区的温度，当液相中的As组分达到50%比例时，反应达到平衡，得到 的GaAs液相便是化学计量比为1 1的组分，降温便得到组分为1 1的GaAs晶体。如 果采用普通的单一温度分布的热场，在降温过程中，在多晶料中经常出现出现气孔，合成过 程中也出现炸管等现象。多年来，国内外相关公司和研究机构都在研究合成炉，如何设计一种高效、稳定的 GaAs合成炉成为了 GaAs单晶生产和科研中的焦点问题。本公司通过大量的试验和摸索，开 发出了九段加热模式的GaAs合成炉。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种合成炉结构，通过温度调整，可以在合成炉中形 成非常优化的热场，有利于稳定，高效的生长组分均一的GaAs多晶。一种用于合成GaAs半导体的水平合成炉，该合成炉由九段加热区构成，每一个加 热区都是独立的，加热区之间无缝对接，无缝对接的加热区置于炉壳中形成整个合成炉加 热体，各加热区的中空部分连接在一起构成炉膛，各加热区的侧面设置热偶孔。热偶孔可置于各加热区的侧面中心位置处，每一个加热区在多晶合成的不同时段 有其特定的作用。热电偶通过热偶孔插入炉膛中。每一个加热区中安装一对钼/钼铑热电偶，热电偶通过补偿导线与外部控温设备 相连接。通过外部控温设备来调节每一个加热区的温度。可在加热体上设置观察窗口以方便观察。所述的合成炉还可设置调平系统。[0014]本实用新型设计的合成炉体外型为长方体或圆柱体形状。本实用新型的优点1、本实用新型具有外延性，能适当的增加各段加热区的长度，能一次性大量地合成多晶料。2、适用面广，通过对各温区的调节，可以形成不同的热场，能适应不同杂质、不同 掺杂浓度多晶的生长。3、合成炉热场优化，很好地克服多晶料中出现气孔、炸管等现象。
图1是合成反应管的示意图；图2是某一加热区的横向剖面图；图3是九段加热区合成炉体示意图；图4为实验测温曲线；图5是合成炉整体纵向剖面图；图中标号1-炉壳；2-加热区；3-热偶孔；4-炉膛；5-合成炉加热体；6_支撑管-J-支架； 8-调平系统；9-加热体上的观察窗口 ； 10-炉门；11-合成石英管；14-单质As区；15-单质 Ga区；16-石英泡上的开孔；21-加热区的中空部分；22-加热体部分；23-热电偶；24-补偿 导线；25-外部控温设备。
具体实施方式
下面根据附图结合具体实施例对本实用新型所设计的九段加热区合成炉的结构 及实施方式作进一步的说明。实施例图1所示为合成反应管的示意图，其1区(标号14代表的区域)为单质As区，2 区(标号15代表的区域)为单质Ga区，其一区二区用石英泡隔离，石英泡上的开孔16用 于气态As扩散到单质Ga区化合成GaAs多晶。图2所示的是某一加热区的横向剖面图，其中还包括热电偶的连接。21是加热区 中空部分(炉膛的一部分)，22是加热体部分，23是钼/钼铑热电偶，热电偶从加热区侧面 的中心插入炉膛中，插入深度可以根据实际情况自行调节。热电偶通过补偿导线24与外部 控温设备25相连。每一个加热区都安装一个钼/钼铑热电偶，且回路封闭，可以实现对各 段加热区的温度调控，温度控制精度可达0. 1°C。图3所示为九段加热区合成炉体示意图，1为炉壳，2为加热区(包括I-IX区)， 3为热偶孔，4为炉膛，加热区2 (包括I-IX区)无缝对接后放入炉壳中形成整个合成炉加 热体，各加热区的中空部分连接在一起构成炉膛4，热偶孔3位于各加热区的侧面的中心位 置，热电偶通过热偶孔插入炉膛中。具体到各加热区，I-VIII区为高温区，IX区为低温区， 加热区的作用为=I-VIII区为高温区，合成初期通过升高高温区的温度将液态的镓温度升 高到高于GaAs结晶温度，使合成的GaAs在舟中均勻分布。IX区的加热装置将固态的As升 化，通过玻璃孔进入高温区与As化合生成GaAs多晶料。[0031]在合成前应该对炉温进行测量，图4为实验测温曲线，该曲线经过若干次测温，并 在实际合成过程中的多次修正所得出的标准温度曲线，实际生产过程中可根据曲线的分布 趋势来调节各温区的温度。如图4所示。横坐标表示加热区分布，纵坐标表示温度分布。本实施例中还提供了一套整体的合成炉的实施方案。如图5所示合成炉整体纵向 剖面图。图中1为炉门，2为炉壳，11为合成石英管，5为加热体，9为加热体上的观察窗口， 6为支撑管，7为支架，8为调平系统。合成过程主要分为装炉、升温、降温、出炉等阶段。具体操作如下，打开炉门1，将 合成石英管11装入支撑管6中，合成石英管在支撑管中的位置以舟尖在窗口 5的正下方为 准。操作调平装置使支撑管6水平，装炉工作结束，操作外部控温设备开始给加热体升温， 升高各温区温度，待所有As已挥发完毕，并且舟内熔体无结晶，并可程序降温，降温时逐次 降温八、七、六、五、四、三、二、一各区温度至1100°C以下，再断电降温，至此合成工序结束。本实用新型的九段加热区水平合成炉，可以在合成炉中提供 非常优化的热场，这 种分段加热，逐段降温的炉体结构可以很好地克服GaAs多晶料合成过程中经常出现的气 孔、炸管等故障，具有很好的应用前景。
权利要求1.一种用于合成GaAs半导体的水平合成炉，其特征在于该合成炉由九段加热区构 成，每一个加热区( 都是独立的，加热区之间无缝对接，无缝对接的加热区置于炉壳(1) 中形成整个合成炉加热体，各加热区的中空部分连接在一起构成炉膛，各加热区的侧面 设置热偶孔(3)。
2.根据权利要求1所述的用于合成GaAs半导体的水平合成炉，其特征在于热偶孔 (3)置于各加热区的侧面中心位置处。
3.根据权利要求1所述的用于合成GaAs半导体的水平合成炉，其特征在于热电偶通 过热偶孔(3)插入炉膛中。
4.根据权利要求1所述的用于合成GaAs半导体的水平合成炉，其特征在于每一个加 热区中安装一对钼/钼铑热电偶。
5.根据权利要求1所述的用于合成GaAs半导体的水平合成炉，其特征在于热电偶通 过补偿导线与外部控温设备相连接。
6.根据权利要求5所述的用于合成GaAs半导体的水平合成炉，其特征在于通过外部 控温设备来调节每一个加热区的温度。
7.根据权利要求1所述的用于合成GaAs半导体的水平合成炉，其特征在于在加热体 上设置观察窗口(9)。
8.根据权利要求1所述的用于合成GaAs半导体的水平合成炉，其特征在于所述水平 合成炉还设置调平系统(8)。
9.根据权利要求1所述的用于合成GaAs半导体的水平合成炉，其特征在于所述合成 炉体外型为长方体或圆柱体形状。
专利摘要本实用新型公开了属于合成半导体的水平炉技术领域的一种用于合成GaAs半导体的水平合成炉。该合成炉由九段加热区构成，每一个加热区都是独立的，加热区之间无缝对接，无缝对接的加热区置于炉壳中形成整个合成炉加热体，各加热区的中空部分连接在一起构成炉膛，各加热区的侧面设置热偶孔。本实用新型具有外延性，能适当的增加各段加热区的长度，能一次性大量地合成多晶料。适用面广，通过对各温区的调节，可以形成不同的热场，能适应不同杂质、不同掺杂浓度多晶的生长。合成炉热场优化，很好地克服多晶料中出现气孔、炸管等现象。
文档编号C30B29/42GK201873774SQ20102065046
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者于洪国, 周晓霞, 时彬, 景磊, 武壮文, 袁泽海, 赵静敏, 马锦伟 申请人:北京有色金属研究总院, 国瑞电子材料有限责任公司