[实用新型]一种生长砷化镓单晶的抽真空装置

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体工艺设备技术领域，特别涉及一种采用垂直布里奇曼法(VB)生长砷化镓单晶用的抽真空装置。

背景技术

半导体技术的飞速发展，给科学技术、乃至日常生活带来了很大的变革。在20世纪80年代，硅的大规模集成电路已进入实用阶段。同时以砷化镓(GaAs)为代表的化合物半导体及其器件也迅速发展起来。

砷化镓作为一种化合物半导体材料和传统的半导体锗(Ge)、硅(Si)相比，被称为第二代半导体材料，具有很高的电子迁移率(是硅的4倍)、宽禁带、直接带隙，适于制做高频、高速、防辐射的高温器件，广泛运用于发光二极管(LED)、激光管、无线通信、光纤通信、移动通信、微波功率器件、高速器件、相控阵雷达、精确制导、灵巧武器、GPS全球导航等领域。

目前，比较成熟的制备砷化镓单晶的技术主要有液封直拉法(LEC)、蒸气压控制直拉法(VCZ)、水平布里奇曼法(HB)和垂直布里奇曼法(VB)等工艺。VB法生长砷化镓单晶是在真空环境下进行，通过调节过量砷的重量来控制密封容器内外压力平衡，因此生长前要对密封容器进行抽真空操作。目前国内的通用做法是采用机械泵加扩散泵的并联真空系统直接对砷化镓多晶材料的密封容器抽真空，所述密封容器一般是石英坩埚，装置结构参见图1。这种方法操作简单，工艺易控制。但是这种装置能达到的真空度极限为1×10^-2Pa左右，密封容器内的水蒸气也不能有效去除。余氧和砷化镓多晶料发生反应，影响砷化镓单晶的质量。残存的水蒸气被密封容器内的无水B₂O₃吸附，严重影响B₂O₃和坩埚壁的浸润，降低晶体生长的成晶率，无水B₂O₃的含水量小于200ppm。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种改进的用于生长砷化镓单晶的抽真空装置，使用这种抽真空装置可以提高密封容器的真空度，同时还能有效去除密封容器内的水蒸气，为砷化镓单晶生长提供更有利的环境。

本实用新型设计的抽真空装置，包括抽真空系统、加热系统和容器支撑系统。所述抽真空系统由橡皮管、容器帽、三通阀、机械泵和扩散泵组成，橡皮管、机械泵和扩散泵通过三通阀连接在一起，橡皮管的另一端与容器帽相连接，容器帽用于封盖待抽真空的容器；所述加热系统包括加热器和加热器升降装置，加热器升降装置由涡轮、导轨和升降手轮组成，涡轮和升降手轮都固定在加热器上，转动升降手轮带动涡轮旋转，涡轮和导轨配合带动加热器升降；容器支撑系统用于支撑待抽真空的容器，由底座、轴承座、滚动轴承、旋转手轮、支撑杆和支撑托组成，旋转手轮和滚动轴承配合固定在轴承座上，轴承座固定在底座上，旋转手轮用于带动整个容器支撑系统旋转，进而带动待抽真空的容器旋转，支撑杆垂直固定在旋转手轮上，支撑杆穿过加热器底部的孔，支撑托固定在支撑杆上，用于放置待抽真空的容器。

加热器采用多温区电阻丝加热器。在加热器的侧面，每个温区设置有一个热偶孔。如果在多温区电阻丝加热器的内壁增设马弗管，可以提高加热器内部热场的均匀性。

VB法生长砷化镓单晶所用的容器通常为石英坩埚，相应地，容器帽即为石英坩埚帽。如果在石英坩埚帽顶部的石英玻璃管上设置一处外径略小的细颈结构，将方便烧结石英坩埚和石英坩埚帽的操作。

本实用新型由于采用上述结构，可用于对现有抽真空装置进行改造，只需购置四温区加热炉，大大降低改造成本。本实用新型装置与现有的抽真空装置相比，增加了多温区电阻丝加热器，但是增加的成本很有限，而且改造简单易行。但是，采用这种改造结构的抽真空装置后，在砷化镓单晶生长工艺中可提供加热处理，能有效去除真空容器内的气态杂质，同时还可以提高密封容器的真空度。在多温区电阻丝加热器的内壁增设马弗管后，可以提高加热器内部热场的均匀性，使得加热效果更好。

附图说明

图1是现有抽真空装置的结构及使用示意图。

图2是本实用新型实施例抽真空装置的结构及使用示意图。

图中，1为细颈，2为容器帽，3为待抽真空的容器，4为加热器，5为导轨，6为涡轮，7为升降手轮，8为马弗管，9为支撑托，10为底座，11为固紧螺钉，12为轴承座，13为旋转手轮，14为滚动轴承，15为支撑杆，16为热偶孔，17为机械泵，18为三通阀，19为扩散泵，20为橡皮管。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例进一步说明本实用新型是如何实现的。