[发明专利]一种化合物半导体多晶料的制备方法

说明书

本发明一种化合物半导体多晶料的制备方法，属于半导体材料制造技术领域，该方法基于原位注入法高压合成化合物半导体的合成炉，关键在于：所述合成炉的炉腔内增设有成型模具，成型模具通过升降杆与配套升降驱动机构连接，具体的制备步骤包括：制备带有一端开口的成型腔的成型模具、将成型模具通过穿过炉顶盖的升降杆悬吊在坩埚上方并使成型腔开口朝下对准坩埚、利用原位注入法高压合成化合物熔体、将成型模具降至坩埚中的化合物熔体中，化合物熔体从下端开口充入成型腔内，熔体逐步降温凝固形成与成型腔匹配的多晶料。本方法实现了快速制备高纯化合物半导体多晶料。

技术领域

本发明属于半导体材料制造技术领域，涉及化合物半导体VGF法生长单晶用多晶料的制备，具体涉及利用原位注入法合成后借助成型模具制备各种形状和规格的化合物半导体多晶料的方法。

背景技术

III-V族和II-VI族元素中存在很多性能优异的化合物半导体材料。例如磷化铟，磷化铟是优异的半导体材料，在许多高新技术领域应用广泛。但是磷化铟需要在高压下合成，且在制备磷化铟单晶之前，必须先把符合一定纯度要求的铟和磷合成为化合物磷化铟多晶，在此基础上才能进一步制备磷化铟单晶。快速有效地进行磷化铟多晶的合成是降低生产成本，提高生产效率的重要途径，同时也是制备高质量磷化铟单晶的前提。目前主要使用的磷化铟多晶合成方法为水平合成法和注入合成法。合成后的多晶料主要是在VGF高压炉内进行单晶生长，以获得电学性能优异的化合物半导体材料。水平合成法一般为三温区水平合成，合成时间约3-5天左右，合成的多晶料容易富铟，且石英管污染严重，产品质量差。注入法合成，合成速度快，纯度和效率高。上述两种方法合成的化合物多晶料均需要经过切割、清洗后再放入VGF高压炉内进行生长，在整个备料过程中容易产生沾污和难熔氧化物，外界杂质融入到材料中的机率高，会造成杂质补偿，降低晶片的电学质量。而且在单晶生长过程中，由于杂质的引入容易在固液界面处产生孪晶，造成单晶率下降。因此，如何利用原位注入合成法的优势在原位注入合成后快速成型各种形状和规格的多晶料是本发明亟待解决的问题。

发明内容

本发明为了实现快速制备各种形状和规格的高纯化合物半导体多晶料，采取原位注入法高压合成熔体后直接在原位通过模具成型不同直径的多晶料，不仅大大提高了生产效率和多晶料的利用率，并且保证了多晶料和单晶的纯度。

本发明的技术方案为：一种化合物半导体多晶料的制备方法，该方法基于原位注入法高压合成化合物半导体的合成炉，关键在于：所述合成炉的炉腔内增设有成型模具，成型模具通过升降杆与配套升降驱动机构连接，具体的制备步骤包括：

A、制备成型模具：根据坩埚尺寸和对多晶料形状及规格的要求烧制带有成型腔的氧化铝陶瓷块或选用氧化铝陶瓷块并开设成型腔，成型腔下端开口；

B、安装成型模具：在成型模具的顶部中心安装升降杆，升降杆穿过炉顶盖连接配套升降驱动机构，使成型模具悬吊在坩埚上方，成型腔开口朝下对准坩埚；

C、多晶料合成：将要合成的纯金属放入坩埚中、加入覆盖剂，在源炉内加入待注入的另一种元素，关闭炉顶盖，抽真空；然后充入一定压力的高纯保护气体，保证炉压高于配比熔体的离解压；对坩埚进行加热，使纯金属熔化；待坩埚内熔体稳定后，下降源炉、使导气管插入坩埚内的熔体中，对源炉进行加热，源炉内的挥发元素受热液化或挥发，以液态或气态的形式连续注入至熔体中与熔体进行反应，合成化合物熔体；

D、多晶料成型：待合成的化合物熔体达到设定的配比时，将源炉提起，并转动远离坩埚上方，化合物熔体温度稳定后，将成型模具降至坩埚中的化合物熔体中，化合物熔体从下端开口充入成型腔内，熔体逐步降温凝固形成与成型腔匹配的多晶料；

F、脱模：炉体内温度降至室温后，打开炉顶盖将制备的半导体多晶料从成型腔内取出。