專利名稱：一種化合物半導(dǎo)體單晶生長用坩堝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體單晶生長用坩堝，屬于化合物半導(dǎo)體單晶生長技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
垂直晶體生長法是一類利用預(yù)先配置在容器底部的晶種引發(fā)晶體生長、逐漸向上 方進行結(jié)晶、最終使全部原料熔體結(jié)晶化的單晶生長方法，與拉晶法相比，一般可以在較小 的溫度梯度下生長晶體，因而容易獲得位錯等晶體缺陷少的化合物半導(dǎo)體單晶。垂直布里奇曼法是垂直晶體生長法中的一種，使用由熱解氮化硼(簡稱PBN)制成 的坩堝作為晶體生長用的容器，由PBN制成的晶體生長用容器，即使在進行化合物半導(dǎo)體 單晶生長時的高溫下，也不會與原料化合物反應(yīng)，同時PBN坩堝純度高(99. 999% )，表面致 密，耐高溫，熱膨脹系數(shù)小，熱導(dǎo)率高，且有著明顯的各向異性，浸潤角大等優(yōu)點，尤其是對 于砷化鎵(GaAs)、磷化銦αηΡ)等化合物單晶生長是不可缺少的器具。為了提高化合物半 導(dǎo)體單晶的生長條件的重現(xiàn)性，提高成品率，必須對該PBN制的晶體生長用容器的特性進 行改善。為了提高獲得最終形成全部單晶的概率，業(yè)內(nèi)進行了大量的研究，現(xiàn)有的研究結(jié) 果認為有以下一些方法可以提高獲得最終形成全部單晶的概率1、認為在與PBN板的厚度 方向垂直的方向和與板厚度方向平行的方向上，具有各向異性，PBN的制造條件不同，各向 異性的程度也不同。因此可以說，控制PBN坩堝的各向異性，可以實現(xiàn)單晶生長過程的重現(xiàn) 性。2、在日本專利“特開2004-244232號”和“特開平10-7485號”公報中，公開了一種晶 體生長用容器以及使用該容器的單晶制造方法。為了提高全單晶概率，在與PBN板的厚度 方向相垂直的面上測定的(002)面和(100)面的χ射線衍射峰的強度比(Ι_/Ι(1Μ))正常 晶體生長部位的值大于過渡部份的值。3、在“特許3250409號”公告中，提到了為了提高全 單晶的概率，晶體生長用坩堝的上下方向上的取向度應(yīng)逐漸改變。在200610080292. X專利 中，發(fā)明了坩堝整體的χ射線衍射強度的比值對形成全單晶的概率更有重要的影響，即坩 堝的整體I (002)/1 (10o) 的值是50或50以上。上述發(fā)明說明化合物半導(dǎo)體形成全單晶的概率與坩堝上下方向的χ射線衍射強 度比(或取向度)有關(guān)，但是，在實際生產(chǎn)中，利用工藝條件控制坩堝的各向異性或I(Cltl2)/ Ia00)比值是困難的，特別是由于瘤泡的形成，使得1(0。2)/1(1(1。)的控制非常困難。但是一般認 為在垂直布里奇曼法中，重現(xiàn)性良好地獲得單晶的關(guān)鍵在于對熔體與結(jié)晶部的界面(以下 稱為固液界面)的形狀控制，化合物單晶體生長的單晶收率與固液界面形狀之間存在密切 關(guān)系，如果固液界面在熔體一側(cè)呈現(xiàn)凹形，不管是整體生長過程還是生長過程的某一階段， 由于亞晶界容易聚集，單晶生長過程容易向多晶生長過程發(fā)展，單晶的收得率容易降低，因 此提高單晶的收得率的關(guān)鍵是在整個生長過程中，控制固液界面在熔體一個呈凸形，即固 液界面在熔體一側(cè)為上凸的界面有助于提高最終形成全部單晶的概率。那么如果通過改變 坩堝的形狀結(jié)構(gòu)特點，來控制固液界面的形狀，則容易實現(xiàn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的，提供在垂直晶體生長法中，可以更加簡便地制造、不需要復(fù)雜的設(shè) 備和在較寬的工藝條件下就可以控制固液界面形狀的PBN坩堝的結(jié)構(gòu)，根據(jù)以往的專利和 資料，采用該坩堝不僅可以提高形成全單晶的概率，而且，可以大幅度降低晶體內(nèi)的位錯等 缺陷。化合物半導(dǎo)體單晶生長用坩堝，由熱解氮化硼(PBN)制成，圖1為本發(fā)明的實施方 式中所涉及的半導(dǎo)體單晶生長用坩堝的截面圖，其中坩堝上部(1)晶體生長部分錐形呈 倒錐形，其錐角α為0.5 1.5°。( 坩堝下部為圓柱形籽晶槽和其上相連接的逐漸擴 大的過渡部位。由于坩堝上部具有倒錐形斜度，晶體上向生長過程中，截面積的逐漸減小， 與PBN接觸的單晶部分生長速度較大，使熔體部分向下凸出。本發(fā)明的目的，提供在垂直晶體生長法中，可以更加簡便地制造、不需要復(fù)雜的設(shè) 備和在較寬的工藝條件下就可以控制固液界面形狀的PBN坩堝的結(jié)構(gòu)，根據(jù)以往的專利和 資料，采用該坩堝不僅可以提高形成全單晶的概率，而且，可以大幅度降低晶體內(nèi)的位錯等 缺陷。這種坩堝適用于垂直布里奇曼法(VB法)和垂直溫度梯度凝固法(VGF法)生長 化合物半導(dǎo)體單晶，特別是在惰性氣體中用化03覆蓋熔體表面從而防止As揮發(fā)的同時進行 晶體生長的方式。

圖 IPBN 坩堝具體實施方式
具體實施方式
一坩堝尺寸最大直徑155mm，高度200mm。將摩爾比為1 3的三氯化硼和高純氨氣引入已加熱的爐反應(yīng)器，反應(yīng)腔的真空 度為133Pa，反應(yīng)溫度2000°C，所制備的坩堝倒錐角度為1.5° (如圖1中的α角)，坩堝 最大直徑為155mm。用該方法制備的熱解BN坩堝來生長砷化鎵晶體，單晶收得率為100%，使用效果 好。
具體實施方式
二 坩堝尺寸最大直徑105mm，高度200mm。將摩爾比為1 3的三氯化硼和高純氨氣引入已加熱的爐反應(yīng)器，反應(yīng)腔的真空 度為133Pa，反應(yīng)溫度1900°C，所制備的坩堝倒錐角度為1.0° (如圖1中的α角)，坩堝 最大直徑為105mm。用該方法制備的熱解BN坩堝來生長磷化銦晶體，單晶收得率為99%，使用效果 好。
權(quán)利要求1. 一種化合物半導(dǎo)體單晶生長用坩堝，由熱解氮化硼(PBN)制成，其特征在于，所述的 坩堝主體部分成倒錐形，下部是圓柱形籽晶槽。
專利摘要本實用新型涉及一種化合物半導(dǎo)體單晶生長用熱解氮化硼(PBN)坩堝，屬于化合物半導(dǎo)體單晶生長技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型的PBN坩堝，其特征在于坩堝坩主體部分成倒錐形，下部是圓柱形籽晶槽。這種坩堝制造方法簡單、不需要復(fù)雜設(shè)備。在采用垂直晶體生長法中使用該坩堝，可以控制化合物單晶生長固液界面形狀，能夠提高全單晶的形成概率，并減少位錯等缺陷。
文檔編號C30B11/00GK201883176SQ20102027733
公開日2011年6月29日 申請日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者何軍舫, 劉艷改, 房明浩, 黃朝暉 申請人:北京博宇半導(dǎo)體工藝器皿技術(shù)有限公司