一种vgf法单晶生长装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型涉及一种VGF法单晶生长装置。
【背景技术】
[0002]VGF (vertical gradient freeze )法，即垂直梯度冷凝法是由美国学者Sonnenberg等人开放的一项专利技术。生长原理是熔体在坩祸中自下而上冷却，实现晶体的结晶和定向生长。
[0003]单晶生长体系是一个复杂体系，影响单晶生长质量的因素很多，包括材料的物理化学性质、炉体结构、温度梯度、it祸材质、it祸形状等。在VGF法生长工艺中，晶体在坩祸内生长，晶体与坩祸直接接触，因此在影响单晶生长质量的诸多因素中，坩祸的性能及质量占有重要的地位。
[0004]VGF法生长单晶常用的坩祸主要有石英坩祸、石墨坩祸和PBN坩祸，其中PBNit祸纯度高，表面致密，耐高温，热膨胀系数小，热导率高，高温条件下机械性能增强，耐酸、碱、盐及有机试剂，高温与绝大多数熔融金属、半导体材料等不润湿、不反应。
[0005]坩祸的形状对单晶生长质量也是至关重要的，用于VGF法生长单晶的PBNit祸一般都存在细长的籽晶槽和圆锥形的放肩区。单晶生长过程中，在其他条件均恒定的情况下，籽晶槽到放肩区的应力急剧增加，极易产生孪晶、位错和多晶等缺陷，进而影响整根晶体的质量，因此要对此区域进行重点优化。
[0006]另外，坩祸的锥角也影响生长单晶的质量。坩祸的锥角增大，易导致非均匀形核的几率增加，孪晶及多晶等缺陷产生的几率也随之增加。但是坩祸的锥角减小，对于直径相同的坩祸来说，坩祸的放肩区就会相对变长，坩祸的等径区相对变短，即晶体的可利用体积变小。因此，为了获得较高的晶体质量，减少缺陷形成的几率，提高晶体利用率，选择合适的坩祸锥角是很有必要的。
【实用新型内容】:
[0007]为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种VGF法单晶生长装置，该装置可实现有效减少晶体头部位错密度，降低孪晶、位错和多晶等缺陷的产生几率，提高单晶质量及成品率，创造更大的经济效益。
[0008]本实用新型的技术方案是:该VGF法单晶生长装置，装置包括PBN坩祸、石英管和石英帽三部分，所述的PBNit祸共包括籽晶区、放肩区、等径区，籽晶区为下端面为平面的圆锥形，由下至上直径逐渐增大，所形成的锥角与放肩区的锥角相同，与放肩区形成一个整体，放肩区与等径区之间采用圆弧平滑过渡，所述的石英管包括石英管籽晶区、石英管放肩区和石英管等径区三部分，石英管籽晶区、石英管放肩区和石英管等径区分别与PBN坩祸的籽晶区、放肩区、等径区一一对应且形状相吻合，放肩区外壁与石英管放肩区内壁之间设有石英环，PBNit祸上方的石英管上端内焊接有石英帽。
[0009]上述方案中的石英管籽晶区的石英壁厚度要小于石英管其他部分的石英壁厚度。
[0010]本实用新型具有如下有益效果:本实用新型可达到以下效果:1、有效缓解利用原有PBN坩祸生长晶体时，籽晶槽到放肩区的应力急剧变化;2、减少晶体位错密度，提高单晶质量;3、降低孪晶、位错和多晶等缺陷的产生几率，提高成品率。
【附图说明】
:
[0011]附图1是本实用新型的结构示意图；
[0012]附图2是附图1中PBNit祸结构示意图
[0013]附图3是附图1中石英管的结构示意图
[0014]图中:1_籽晶区；2-放肩区；3-等径区;4-石英管籽晶区；5-石英管放肩区；6—石英管等径区；7—石英环;8 —籽晶;9 一砷化镓多晶料;10 —石英帽。
【具体实施方式】
:
[0015]下面结合附图对本实用新型作进一步说明:
[0016]由图1所示，该装置由PBN坩祸、石英管和石英帽三部分组成。其中，PBNi甘祸包括籽晶区1、放肩区2、等径区3。籽晶区1是上下两端均为平面的圆锥形，由下至上直径逐渐增大，所形成的锥角与放肩区2的锥角相同，形成一个整体，从而使籽晶区1与放肩区2之间平缓衔接，无明显的尺寸差异，避免应力急剧增加。放肩区2与等径区3之间的采用圆弧平滑过渡，弧度为135度，也可在一定程度上降低缺陷产生机率。
[0017]所述的石英管与上述PBNit祸配合使用，包括石英管籽晶区4、石英管放肩区5和石英管等径区6三部分，石英管籽晶区4、石英管放肩区5和石英管等径区6分别与PBNit祸的籽晶区1、放肩区2、等径区3—一对应且形状相吻合，石英管放肩区5与石英管等径区6之间的采用圆弧平滑过渡，弧度为135度，其中，石英管籽晶区4的石英壁厚度要比其他部分的石英壁厚度小，这样更有利于籽晶的熔化，从而保证引晶过程的顺利进行。另外，为了使温场均匀且稳定，应避免PBN坩祸与石英管大面积直接接触，因此，放肩区2外壁与石英管放肩区5内壁之间设有石英环7，石英环7对PBN坩祸起到支撑的作用，此石英环7的边缘要光滑无缺口，避免对PBNit祸造成损伤。
[0018]另外，由于VGF法要在密闭的环境中生长单晶，所以，还需对石英管进行密封。设计一种石英帽10，其外径略小于石英管内径，使用时利用氢氧焰将石英管与石英帽10焊接在一起，对石英管起到密封的作用。
[0019]该籽晶8需加工得与PBN坩祸的籽晶区1形状相匹配，然后将砷化镓多晶料9装入PBN坩祸，同时加入适量的无水氧化硼;将PBN坩祸置于石英管中；再将石英管进行密封，密封的具体方法是利用氢氧焰将石英帽10和石英管焊接起来，密封完毕后装入单晶炉内，SP可生长单晶。
【主权项】
1.一种VGF法单晶生长装置，装置包括PBN坩祸、石英管和石英帽三部分，其特征是:所述的PBN坩祸共包括籽晶区(1)、放肩区(2)、等径区(3)，籽晶区(1)为下端面为平面的圆锥形，由下至上直径逐渐增大，所形成的锥角与放肩区(2)的锥角相同，与放肩区(2)形成一个整体，放肩区(2)与等径区(3)之间采用圆弧平滑过渡，所述的石英管包括石英管籽晶区(4)、石英管放肩区(5)和石英管等径区(6)三部分，石英管籽晶区(4)、石英管放肩区(5)和石英管等径区(6)分别与PBN坩祸的籽晶区(1)、放肩区(2)、等径区(3)—一对应且形状相吻合，放肩区(2)外壁与石英管放肩区(5)内壁之间设有石英环(7)，PBN坩祸上方的石英管上端内焊接有石英帽(10)。2.根据权利要求1所述的VGF法单晶生长装置，其特征在于:石英管籽晶区(4)的石英壁厚度要小于石英管其他部分的石英壁厚度。
【专利摘要】本实用新型提供一种VGF法单晶生长装置。该装置包括PBN坩埚、石英管和石英帽三部分,所述的PBN坩埚共包括籽晶区、放肩区、等径区,籽晶区为下端面为平面的圆锥形，所形成的锥角与放肩区的锥角相同，与放肩区形成一个整体，所述的石英管包括石英管籽晶区、石英管放肩区和石英管等径区三部分，石英管籽晶区、石英管放肩区和石英管等径区分别与PBN坩埚的籽晶区、放肩区、等径区一一对应且形状相吻合，放肩区外壁与石英管放肩区内壁之间设有石英环，PBN坩埚上方的石英管上端内焊接有石英帽。该装置可实现有效减少晶体头部位错密度，降低孪晶、位错和多晶等缺陷的产生几率，提高单晶质量及成品率，创造更大的经济效益。
【IPC分类】C30B11/00
【公开号】CN205077175
【申请号】CN201520863192
【发明人】于会永, 刘传赠, 梁哲
【申请人】大庆佳昌晶能信息材料有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年11月3日