一种VB法生长磷化铟单晶的装置的制作方法

本技术涉及半导体材料制备领域，具体涉及vb一种磷化铟单晶生长装置。

背景技术：

1、磷化铟(inp)作为继硅(si)、锗(ge)、砷化镓(gaas)之后的第二代化合物半导体材料，因其禁带宽度大和电子迁移率高等优越性能被广泛应用于微波技术和通信等领域。

2、目前磷化铟单晶的主要生长方法有高压液封直拉法(lec)、水平布里奇曼法(hb)、垂直布里奇曼法(vb)和垂直温度梯度法(vgf)等。这些方法都具有不同的局限性，lec的成晶率高，但位错大、质量较差；hb的生产成本低，但其能生产的单晶最大直径较小；vb和vgf的原理相似，生产的晶体质量较好，但vb易受坩埚移动影响产生花晶等现象，vgf对温场控制的精确度要求很高。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺陷，本实用新型提出了一种vb法生长磷化铟单晶的装置，以解决vb法在坩埚移动过程中因机械振动导致的花晶、孪晶等问题，提高成晶率。

2、为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：一种vb法生长磷化铟单晶的装置，包括底座，底座上设有升降旋转组件以及炉体，炉体内设有炉腔，炉体上下端分别密封设有可拆卸的上盖和下盖，炉体内壁上设有分段加热器，下盖上设有惰性气体充气口和气孔，升降旋转组件包括安装在底座上的升降模组和设置在升降模组上的旋转模组，旋转模组上设有主支撑轴，主支撑轴穿过炉体下盖中心设置的密封装置，主支撑轴上端部设有下保温托盘，下保温托盘上端设有陶瓷炉芯，坩埚置于真空的石英管中，石英管可拆卸地安装于陶瓷炉芯上；分段加热器从下往上分为温区ⅰ、温区ⅱ、温区ⅲ、温区ⅳ，温区v和温区vi一共6个温区，每个温区上设置一根独立的热电偶；炉体内部在石英管安装位置周围布置有加热层。

3、作为一种优选的方案，所述升降模组包括设置在安装座上的连接在一起的升降电机和换向减速器，换向减速器的出力轴与设置在安装座上的丝杠相连接，丝杠上的活动块与升降平台连接，安装座上两侧分别设有竖向布置的直线导轨和直线轴承、升降平台一侧活动连接在直线导轨上，升降平台另一侧连接直线轴承。

4、作为一种优选的方案，所述旋转模组包括设置在升降平台上的相互连接的伺服电机和减速机，减速机的出力轴连接同步带传动装置；所述主支撑轴下端与同步带传动装置连接。

5、作为一种优选的方案，所述分段加热器为加热线圈。

6、作为一种优选的方案，所述陶瓷炉芯上设有用于测量坩埚籽晶段地测温度的第七热电偶；坩埚籽晶段放肩处设有测量温度的第八热电偶，炉体内侧设有用于测量坩埚转肩处温度的第九热电偶；

7、作为一种优选的方案，所述炉体内壁上部还设有测温热电偶组。

8、作为一种优选的方案，所述测温热电偶组包括均部在炉体内壁上部的根测温热电偶。

9、作为一种优选的方案，所述升降平台上设有活动托承主支撑轴的中心固定装置；所述直线轴承上设有两个分别限制升降平台上限和下限位置的升降硬限位；所述炉体上盖上可拆卸地设有加热器固定法兰，加热器固定法兰上设有加热器固定柱，所述分段加热器设置在加热器固定柱；所述主支撑轴上端与所述陶瓷炉芯之间设有下保温托盘。

10、作为一种优选的方案，所述下盖中心设置的密封装置为高压动态密封模组。

11、(三)有益效果

12、本vb法生长磷化铟单晶的装置采用升降平台带动主支撑轴控制坩埚下降，进行转肩生长时，启动升降电机，坩埚位置开始随升降平台和主支撑轴缓慢下降，下降速度≤2.5mm/h，直至晶体生长结束，从而提高了坩埚下降过程的稳定性，降低了移动坩埚可能引起的振动，能有效提高单晶率；

13、本vb法生长磷化铟单晶的装置增加了旋转装置，通过主支撑轴带动坩埚在晶体生长过程中稳定旋转，实现温度均匀分布以抑制对流、提高熔体混合以确保组分均匀、减少扩散边界层并实现液固面稳定、稳定加热和质量输运移减少温度波动，生长出的晶体合格率更高。

14、本vb法生长磷化铟单晶的装置通过合理设置热电偶，从而使得分段加热器可以根据反馈的温度数据，更精确地进行加热控制，从而提高生长出的晶体合格率。

15、本vb法生长磷化铟单晶方法通过合理控制各温区温度、通过主支撑轴带动坩埚在晶体生长过程中稳定旋转、通过采用升降平台稳定下降坩埚，从而使得生长出的晶体合格率更高。

技术特征：

1.一种vb法生长磷化铟单晶的装置，包括底座，其特征在于：所述底座上设有升降旋转组件以及炉体，炉体内设有炉腔，炉体上下端分别密封设有可拆卸的上盖和下盖，炉体内壁上设有分段加热器，下盖上设有惰性气体充气口和气孔，升降旋转组件包括安装在底座上的升降模组和设置在升降模组上的旋转模组，旋转模组上设有主支撑轴，主支撑轴穿过炉体下盖中心设置的密封装置，主支撑轴上端部设有下保温托盘，下保温托盘上端设有陶瓷炉芯，坩埚置于真空的石英管中，石英管可拆卸地安装于陶瓷炉芯上；分段加热器从下往上分为温区ⅰ、温区ⅱ、温区ⅲ、温区ⅳ，温区v和温区vi一共6个温区，每个温区上设置一根独立的热电偶；炉体内部在石英管安装位置周围布置有加热层。

2.如权利要求1所述的一种vb法生长磷化铟单晶的装置，其特征在于：所述升降模组包括设置在安装座上的连接在一起的升降电机和换向减速器，换向减速器的出力轴与设置在安装座上的丝杠相连接，丝杠上的活动块与升降平台连接，安装座上两侧分别设有竖向布置的直线导轨和直线轴承、升降平台一侧活动连接在直线导轨上，升降平台另一侧连接直线轴承。

3.如权利要求2所述的一种vb法生长磷化铟单晶的装置，其特征在于：所述旋转模组包括设置在升降平台上的相互连接的伺服电机和减速机，减速机的出力轴连接同步带传动装置；所述主支撑轴下端与同步带传动装置连接。

4.如权利要求3所述的一种vb法生长磷化铟单晶的装置，其特征在于：所述分段加热器为加热线圈。

5.如权利要求4所述的一种vb法生长磷化铟单晶的装置，其特征在于：所述陶瓷炉芯顶端设有用于测量坩埚籽晶段底侧温度的第七热电偶；坩埚籽晶段放肩处设有测量温度的第八热电偶，炉体内侧设有用于测量坩埚转肩处温度的第九热电偶。

6.如权利要求5所述的一种vb法生长磷化铟单晶的装置，其特征在于：所述炉体内壁上部还设有测温热电偶组。

7.如权利要求6所述的一种vb法生长磷化铟单晶的装置，其特征在于：测温热电偶组包括均部在炉体内壁上部的4根测温热电偶。

8.如权利要求7所述的一种vb法生长磷化铟单晶的装置，其特征在于：所述升降平台上设有活动托承主支撑轴的中心固定装置；所述直线轴承上设有两个分别限制升降平台上限和下限位置的升降硬限位；炉体上盖上可拆卸地设有加热器固定法兰，加热器固定法兰上设有加热器固定柱，所述分段加热器设置在加热器固定柱；所述主支撑轴上端与所述陶瓷炉芯之间设有下保温托盘。

9.如权利要求8所述的一种vb法生长磷化铟单晶的装置，其特征在于：所述下盖中心设置的密封装置为高压动态密封模组。

技术总结
本技术属于半导体材料制备领域，特别涉及一种VB法磷化铟单晶生长装置，包括底座、坩埚、炉体、石英管、加热器、支撑组件、升降旋转组件，所述升降旋转组件分别由两个独立的传动系统控制。本技术采用独立的坩埚升降和旋转装置，提高了装置运行的稳定性，降低了移动坩埚可能引起的振动，减少扩散边界层并实现液固面稳定、稳定加热和质量输运移减少温度波动，能有效提高单晶合格率。

技术研发人员：李世强,柳廷龙,叶晓达,赵兴凯,魏荣贤,黄国勇,钱俊兵
受保护的技术使用者：云南鑫耀半导体材料有限公司
技术研发日：20230712
技术公布日：2024/2/6