[发明专利]一种铟砷锑体单晶的生长装置

说明书

本发明提供了一种InAs_xSb_1‑x(0≤x≤0.1)体单晶的生长装置，该装置采用密闭的安瓿瓶结构，同时结合坩埚下端开口的独特设计，既能够抑制锑元素的挥发，又能够实现三元化合物半导体单晶的择优生长，从而成功制备出大尺寸铟砷锑体单晶。

技术领域

本发明涉及大尺寸铟砷锑单晶制备的生长装置，属于半导体单晶装备制造领域。

背景技术

铟砷锑(InAs_xSb_1-x,0≤x≤0.1)属于Ⅲ-Ⅴ族三元化合物半导体材料，InAs_xSb_1-x材料随着As含量的增加，材料的本征吸收边向长波方向扩展，成为中、长波红外波段(波长5-12μm)的红外探测器的有力竞争者，在红外制导、红外测温、环境监测及资源探测等方面有着重要而广阔的应用前景。

目前，国际上采用MBE、熔体外延等方法只能够制备出InAs_xSb_1-x(0≤x≤0.1)薄膜(厚度小于1mm)，无法获得块状的铟砷锑体单晶。本发明提供了一种铟砷锑体单晶的生长装置，通过该装置可以采用坩埚下降法或者垂直梯度凝固法制备大尺寸圆柱状InAs_xSb_1-x(0≤x≤0.1)体单晶(厚度大于10mm)。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种InAs_xSb_1-x(0≤x≤0.1)体单晶的生长装置，该装置采用密闭的安瓿瓶结构，同时结合坩埚下端开口的独特设计，既能够抑制锑元素的挥发，又能够实现三元化合物半导体单晶的择优生长，从而成功制备出大尺寸铟砷锑体单晶。

一种铟砷锑体单晶的生长装置，如附图1所示，具体包括：石英堵头1，氢氧焰烧结石英焊缝2，石英外坩埚3，石英圆片4，开尖口的石英内坩埚5，铟砷锑多晶料6，内部嵌入电阻丝的加热炉体7，中心开圆孔的石英基座8，坩埚支撑轴9，内部流通循环水的导热棒10；其中，开尖口的石英内坩埚5用于盛装铟砷锑多晶料6；中心开圆孔的石英基座8用于固定开尖口的石英内坩埚5；石英圆片4置于石英内坩埚5上端，用于阻止高温下锑挥发；开尖口的石英内坩埚5和中心开圆孔的石英基座8置于石英外坩埚3内部，石英堵头1与石英外坩埚3经过抽真空后，通过氢氧焰高温烧结熔融形成石英焊缝2，从而实现内部真空封闭；石英外坩埚3置于坩埚支撑轴9上，内部流通循环水的导热棒10安装在坩埚支撑轴9内部中心位置，导热棒10上端正对准石英内坩埚5的尖口位置，这样可以及时的将晶体生长过程中产生的结晶潜热沿特定方向导出，有利于单晶的生长。

较佳的，开尖口的石英内坩埚5形状如图2所示，上端为开口的圆形，下端为尖锐的封闭口；其下端三角口高度h1优选为5-10mm；等径细口高度h2优选为30-50mm，细口内经Φ1优选为0.5mm-1.5mm；上端等径高度h3优选为50-200mm，内经Φ2优选为30mm-55mm；坩埚扩肩角度θ优选为60-120°，通过这样的尖口坩埚结构设计，可以使得铟砷锑熔体降温结晶时，择优生长成单晶。

较佳的，中心开圆孔的石英基座8用于固定开尖口的石英内坩埚，中心圆孔直径略大于石英内坩埚5尖口处的外径1-2mm；

较佳的，石英圆片直径与石英内坩埚5外径相同，厚度2-3mm，置于开尖口的石英内坩埚5上端，阻挡高温下锑元素的挥发；

较佳的，石英堵头1的外径略小于石英外坩埚3的内经1-2mm，这样经过抽真空后，通过氢氧焰高温烧结熔融，二者能够形成石英焊缝2，从而实现内部真空封闭，从而保证铟砷锑多晶料组分的恒定；

较佳的，内部嵌入电阻丝的加热炉体7用于对铟砷锑多晶料进行加热，使得原料能够全部熔化，并且能够自动降温，从而实现铟砷锑单晶的生长。