一种砷化镓多晶合成装置和合成方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110257914A(43)申请公布日2019.09.20(21)申请号201910666881.3(22)申请日2019.07.23(71)申请人广东先导先进材料股份有限公司地址511517广东省清远市高新区百嘉工业园27-9号B区(72)发明人王金灵白平平周铁军罗小龙廖彬刘留(74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司11227代理人杨华(51)Int.Cl.C30B29/42(2006.01)C30B28/06(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图1页(54)发明名称一种砷化镓多晶合成装置和合成方法(57)摘要本发明提供了一种砷化镓多晶合成装置和合成方法，包括合成炉，合成炉包括圆柱状的炉室；炉室内具有石英棉、加热器、石英管、第一石英舟和第二石英舟；炉室包括高温区和低温区，高温区和低温区均具有加热器，加热器固定在炉室的内壁上；石英管位于炉室内部，第一石英舟和第二石英舟位于石英管内，且第一石英舟位于高温区，用于装载镓材料，第二石英舟位于低温区，用于装载砷材料，以合成砷化镓多晶棒。本发明中，采用石英舟代替原来的PBN舟，形成了杂质和孔洞较少的砷化镓多晶棒，从而提高了砷化镓多晶的纯度，进而提高了砷化镓单晶的性能和成活率。CN110257914ACN110257914A权利要求书1/1页1.一种砷化镓多晶合成装置，其特征在于，包括合成炉，所述合成炉包括圆柱状的炉室；所述炉室内具有石英棉、加热器、石英管、第一石英舟和第二石英舟；所述石英棉位于所述炉室的炉口处；所述炉室包括高温区和低温区，所述高温区和所述低温区均具有所述加热器，所述加热器固定在所述炉室的内壁上；所述石英管位于所述炉室内部，所述第一石英舟和所述第二石英舟位于所述石英管内，且所述第一石英舟位于所述高温区，用于装载镓材料，所述第二石英舟位于所述低温区，用于装载砷材料，以合成砷化镓多晶棒。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述炉室内壁上具有通孔，测温控温器位于所述通孔处，所述测温控温器用于测量和控制所述石英管的温度。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一石英舟的头部具有石英嘴。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括石英帽，所述石英帽和所述石英管焊接后形成密封腔室。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述砷化镓多晶棒的形状为D形。6.一种砷化镓多晶合成方法，其特征在于，应用于权利要求1～5任一项所述的砷化镓多晶合成装置，所述方法包括：将镓材料放入第一石英舟中，将砷材料放入第二石英舟中；将所述第一石英舟和所述第二石英舟放入石英管中，并对所述石英管进行抽真空和预加热；将密封后的所述石英管放入合成炉的炉室中，并在所述炉室的炉口处堵上石英棉；开启加热器，对所述第一石英舟进行高温加热，对所述第二石英舟进行低温加热；通过控制温度曲线，使所述第一石英舟从头到尾的温度成梯度下降，使合成的砷化镓液体凝固成多晶棒。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述砷材料和所述镓材料中砷和镓的比例为1.05:1。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述抽真空后的真空度为2Pa～3Pa，所述预加热后的温度为200℃～300℃。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述高温加热的温度范围为1250℃～1350℃，所述低温加热的温度范围为630℃～700℃。2CN110257914A说明书1/6页一种砷化镓多晶合成装置和合成方法技术领域[0001]本发明涉及半导体材料技术领域，更具体地说，涉及一种砷化镓多晶合成装置和合成方法。背景技术[0002]砷化镓(GaAs)材料是目前生产量最大、应用最广泛，也是最重要的化合物半导体材料，是仅次于硅的最重要的半导体材料。由于其优越的性能和能带结构，使砷化镓材料在微波器件和发光器件等方面具有很大发展潜力。[0003]但是，要获得砷化镓单晶，必须首先合成砷化镓多晶原材料。由于砷化镓是二元化合物，砷的蒸气压较高，且镓和砷容易氧化，因此，合成砷化镓多晶并不容易。此外，砷化镓多晶对镓、砷化学计量比要求严格，成分的偏离将直接影响砷镓单晶生长和单晶性能参数。过去几十年中，先后开发了多种砷化镓多晶合成工艺，主要包括砷注入法、高压直接合成法和水平梯度凝固法等。[0004]目前工业上应用最广泛的是水平梯度凝固法合成的砷化镓多晶，由于水平梯度凝固法所需要的设备简单，合成过程中，密封在石英管内的砷和镓不受外界环境的影响，因此，合成之后，再利用定向凝固对多晶进行提纯，即可得到比原料纯度更高的砷化镓多晶。[0005]但是，水平梯度凝固法合成砷化镓多晶是用氮化硼材质的PBN舟，由于氮化硼形状和成本特性，这种工艺合成的砷化镓多晶棒杂质和孔洞较多，对生长的砷化镓单晶性能和