專利名稱：Ⅲ－v族單晶半導(dǎo)體化合物平衡壓力生長裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般是關(guān)于半導(dǎo)體晶體的生長，更具體地，本發(fā)明是關(guān)于III-V族單晶半導(dǎo)體化合物的高壓生長。
背景技術(shù)：
大直徑、高純度的單晶體磷化銦(InP)以及其它III-V族化合物已成為具有廣泛應(yīng)用的重要材料。InP晶體尤其適合作為一種結(jié)構(gòu)材料制造用于晶格匹配的光纖源與檢測器、高速集成電路以及高頻微波裝置的襯底。然而，在大量生產(chǎn)中，要生長大直徑、高品質(zhì)，可成功作為一種薄膜器件的優(yōu)質(zhì)襯底的單晶體InP是不容易的。
平衡壓力生長在InP晶體生長的不同階段特別重要。在一個敞開的生長系統(tǒng)例如液封直拉法(LEC)中，采用了各種各樣的傳統(tǒng)方法控制蒸汽。這些控制方法經(jīng)常包括利用一層厚氧化硼層和高壓。然而，揮發(fā)性磷的損失導(dǎo)致了單晶體的化學(xué)計量控制不足以及低產(chǎn)量。低品質(zhì)晶體InP和低產(chǎn)量導(dǎo)致制備這些單晶體的成本高昂。
在密閉InP晶體生長系統(tǒng)中，例如梯度冷凍系統(tǒng)，由于磷蒸汽壓快速變化而導(dǎo)致密封安瓿爆炸是一個主要的難題。而且，在各種各樣的晶體生長條件下，磷蒸汽壓難于控制，磷蒸汽壓的波動影響了生長區(qū)的固-液界面，導(dǎo)致化學(xué)計量組成不均。因此，在InP晶體生長過程中，由于揮發(fā)性磷的損失而導(dǎo)致非化學(xué)計量晶體產(chǎn)生，以及因?yàn)榭紤]壓力因素采用厚壁小孔的石英安瓿，導(dǎo)致小直徑晶體產(chǎn)生。
因此，在晶體熔化溫度下，對特別高的磷蒸汽壓加以控制對于大直徑具有均勻化學(xué)計量的晶體InP的生長很重要，而且，對克服傳統(tǒng)生長技術(shù)中的缺陷是必要的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種進(jìn)行III-V族單晶半導(dǎo)體化合物平衡壓力生長的裝置與方法。本發(fā)明包括一個坩堝，其裝有一個晶種和多晶爐料，一個安瓿，其裝有一種材料例如磷，坩堝密封于安瓿之內(nèi)。一個加熱單元，其具有多個加熱元件并與密封安瓿臨近設(shè)置，一個容器，其包含加熱單元與密封安瓿。該容器有一個進(jìn)氣口，一個出氣口，一個用于監(jiān)測密封安瓿的容器壓力并提供一個容器壓力信號的壓力傳感器。該容器也包括多個熱電偶，用來監(jiān)測容器溫度，提供容器溫度信號。
本發(fā)明的一方面是，本裝置包括一個溫度控制器，其接收來自熱電偶的容器溫度信號并輸出加熱器控制信號和溫度控制信號。一個信號調(diào)節(jié)器，其被耦合用于既接收來自壓力傳感器的容器壓力信號，又接受來自溫度控制器的溫度控制信號，并且根據(jù)容器壓力信號與溫度控制信號之間的預(yù)定關(guān)系，輸出一個氣體控制信號。一個電動化調(diào)節(jié)器，其被耦合用于接收氣體控制信號，并根據(jù)氣體控制信號，調(diào)整惰性氣體通過容器進(jìn)氣口的填充，以及惰性氣體通過容器出氣口的釋放。
本發(fā)明的另一方面是，一種進(jìn)行III-V族半導(dǎo)體晶體化合物晶體生長的方法，其包括將一個裝有一個晶種的坩堝放入一個安瓿，密封該安瓿；將該安瓿放入一個壓力容器內(nèi)的加熱單元中；升溫該安瓿；根據(jù)一個預(yù)定的溫度-壓力關(guān)系，通過向該壓力容器中填充惰性氣體和釋放該壓力容器內(nèi)的惰性氣體，調(diào)整該壓力容器內(nèi)部的蒸汽壓，以便在該晶體生長的溫度范圍內(nèi)，安瓿與容器之間的壓差可以維持在近似為零。
本發(fā)明的另一方面是，一種進(jìn)行III-V族半導(dǎo)體晶體化合物晶體生長的方法，包括將一個晶種、氧化硼以及一個InP多晶爐料裝入一個坩堝中；將預(yù)定量的磷加入到一個安瓿中；將坩堝放入安瓿中，密封裝有坩堝的安瓿，該密封安瓿有一個蒸汽壓；臨近該密封安瓿，提供一個具有多個加熱元件的加熱單元；提供一個包含有加熱單元和密封安瓿的容器，該容器有一個容器溫度和容器壓力；啟動加熱元件使得(a)容器溫度與容器壓力升高，(b)加熱磷并使其蒸發(fā)，以提高密封安瓿的蒸汽壓；監(jiān)測容器溫度與容器壓力；根據(jù)容器溫度與容器壓力之間的預(yù)定關(guān)系，向容器中填充惰性氣體和釋放容器中的惰性氣體，由此可維持容器壓力與蒸汽壓之間的平衡。
本發(fā)明的另一方面是，一種進(jìn)行III-V族單晶半導(dǎo)體化合物生長的裝置；包括一個坩堝；一個安瓿，其裝載所述坩堝并密封；一個加熱單元，其毗鄰所述安瓿設(shè)置；一個壓力容器，其中設(shè)置有所述安瓿；以及在晶體生長過程中，維持該安瓿與該壓力容器之間近似零壓差的裝置。
本發(fā)明的另一方面是，一種進(jìn)行III-V族單晶半導(dǎo)體化合物生長的裝置，包括一個坩堝；一個安瓿，其中設(shè)置有所述坩堝并被密封；一個加熱單元，其毗鄰所述安瓿設(shè)置；一個壓力容器，其中裝載有所述安瓿的，該壓力容器有一個確定壓力的裝置，其輸出一個容器壓力信號；一臺溫度控制器，控制所述加熱單元在所述壓力容器中產(chǎn)生一個可控溫度，該溫度控制器輸出一個溫度控制信號；一個信號調(diào)節(jié)器，根據(jù)該溫度控制信號與容器壓力信號之間的預(yù)定關(guān)系，輸出一個氣體控制信號；以及一臺電動化調(diào)節(jié)器，根據(jù)該氣體控制信號，將惰性氣體填充進(jìn)所述壓力容器，或釋放所述壓力容器中的惰性氣體，以維持所述壓力容器內(nèi)的預(yù)定壓力。
本發(fā)明的另一個方面是，一種進(jìn)行III-V族單晶半導(dǎo)體化合物生長的裝置，包括一個坩堝；一個密封的裝載該坩堝的安瓿，該密封安瓿有一個蒸汽壓；一個具有多個加熱元件與所述密封安瓿臨近的加熱單元；一個裝載加熱單元與密封安瓿的容器，該容器有一個進(jìn)氣口，一個出氣口，一個用于監(jiān)測密封安瓿的容器壓力并提供一個容器壓力信號的壓力傳感器，該容器具有多個熱電偶，用來監(jiān)測容器溫度，提供容器溫度信號；一個溫度控制器，用于接收來自熱電偶的容器溫度信號，并輸出(a)一個加熱器控制信號，和(b)一個溫度控制信號；一個信號調(diào)節(jié)器被連接用來接收(a)來自壓力傳感器的容器壓力信號，和(b)來自溫度控制器的溫度控制信號，信號調(diào)節(jié)器進(jìn)一步被連接，根據(jù)容器壓力信號和溫度控制信號之間的預(yù)定關(guān)系，輸出一種氣體控制信號；一個電動化調(diào)節(jié)器，用來接收該氣體控制信號，并根據(jù)該氣體控制信號，通過進(jìn)氣口將來自惰性氣體源的惰性氣體填充進(jìn)容器，和將容器中的惰性氣體通過出氣口從該容器中排出。
本發(fā)明的另一個方面是，一種進(jìn)行III-V族單晶半導(dǎo)體化合物生長的裝置，包括一個坩堝；一個安瓿，其被密封并裝載該坩堝，該密封安瓿有一個蒸汽壓；一個具有多個加熱元件與所述密封安瓿毗連的加熱單元；一個裝載該加熱單元和該密封安瓿的容器；監(jiān)測容器壓力的裝置；監(jiān)測容器溫度的裝置；當(dāng)容器溫度升高時，根據(jù)容器溫度和容器壓力之間的預(yù)定關(guān)系，用于向容器中填充惰性氣體的裝置，從而增加容器的壓力以維持容器壓力和蒸汽壓之間的平衡。
本發(fā)明的另一方面是，一種進(jìn)行III-V族半導(dǎo)體晶體化合物晶體生長的方法，包括將一個裝有一個晶種的坩堝放入一個安瓿，密封該安瓿；將該安瓿放入一個壓力容器內(nèi)的加熱單元中；升溫該安瓿；根據(jù)一個預(yù)定的溫度-壓力關(guān)系，通過向該壓力容器內(nèi)填充惰性氣體，調(diào)整該壓力容器內(nèi)部的蒸汽壓，以便在該晶體生長的溫度范圍內(nèi)，該安瓿與該容器之間的預(yù)定壓差得以維持。
一些與本發(fā)明一致的特征也在此進(jìn)行了概括，以便更好地理解隨后詳細(xì)的描述，及更好地評價對本領(lǐng)域當(dāng)前的貢獻(xiàn)。當(dāng)然，與本發(fā)明一致的其它特征將在下面進(jìn)行闡述，并且它們將構(gòu)成所附的權(quán)利要求的主題。
在這個方面，在詳細(xì)解釋至少一種與本發(fā)明一致的具體實(shí)施方式
之前，應(yīng)該理解，本發(fā)明不受限于下列描述所陳述或附圖所闡明的構(gòu)造細(xì)節(jié)及組件安排的應(yīng)用。與本發(fā)明一致的方法和裝置能夠用于其它具體實(shí)施例，而且能夠以各種各樣的方式得以實(shí)踐和執(zhí)行。而且，應(yīng)該理解在此所采用的表達(dá)方式與術(shù)語以及下面的摘要，其目的是進(jìn)行描述，不應(yīng)該被看作是用于限制。
因此，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，本公開所依據(jù)的概念，可以很容易被用作可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明幾種目的的其它結(jié)構(gòu)設(shè)計、方法與系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，重要的是，權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)被看作包括此類等同的構(gòu)造，只要它們不偏離與本發(fā)明一致的方法與裝置的精神和范圍。
圖1是根據(jù)符合本發(fā)明的一個實(shí)施例，進(jìn)行III-V族單晶半導(dǎo)體化合物平衡壓力生長的示例性系統(tǒng)截面的示意圖；和圖2是根據(jù)符合本發(fā)明的一個實(shí)施例，進(jìn)行III-V族單晶半導(dǎo)體化合物平衡壓力生長的容器內(nèi)部剖視示意圖。
優(yōu)選的
具體實(shí)施例方式
在圖1中，一個平衡壓力生長系統(tǒng)100在上下文中被描述為一個垂直梯度冷凍(UGF)裝置。系統(tǒng)100包括一個可在其中生成一種III-V族單晶半導(dǎo)體化合物(“晶體”)的坩堝175。坩堝175裝載一個晶種、氧化硼(B2O3)以及InP多晶爐料(總體稱作“工藝材料”)，用于生長InP晶體。優(yōu)選InP多晶爐料量要大于大約5kg。坩堝175優(yōu)選以垂直方向放置，而且由與工藝材料不發(fā)生反應(yīng)的材料制造，例如熱解氮化硼(PBN)。也要選擇坩堝175的壁厚，以提高所需熱流動與機(jī)械強(qiáng)度，例如，壁厚要大于大約0.1mm。
在圖1中，安瓿136首選由石英制造，并裝載預(yù)定量的磷。此處所用的“石英”，“熔融石英”以及“熔融硅石”被交換使用，而且包括天然石英，或任何類型由熔融二氧化硅(SiO2)制造的合成石英。為安瓿136選擇適量的磷，以便在一個化學(xué)計量InP熔解溫度下產(chǎn)生所需的蒸汽壓，如下面的解釋。在某一具體實(shí)例中，磷的量大于大約20g。安瓿136的壁厚典型地大于大約1mm，優(yōu)選范圍大約為3-6mm。坩堝175被插入到安瓿136中，如圖1所示。放入磷和坩堝175后，安瓿136利用一個石英塞137密封。安瓿136由一個安瓿支架135支撐。
在圖1中，系統(tǒng)100進(jìn)一步包括一個具有加熱元件124陣列，其與安瓿136臨近設(shè)置。加熱元件124優(yōu)選制成圓環(huán)形狀，設(shè)置在周圍，并且與安瓿175垂直鄰接。加熱單元被安置在加熱器支撐120、121上，控制加熱單元，按所需加熱模式，加熱安瓿136及坩堝175中的物質(zhì)。
如圖1所示，系統(tǒng)100進(jìn)一步包括一個含有加熱單元和密封安瓿136的外部壓力容器(“容器”)166。容器166包括一個水冷卻的、圓柱形不銹鋼套101、基座102、蓋105、以及螺栓107、108。容器166配設(shè)有多種控制功能，以便在晶體生長過程中，使得密封安瓿136與容器166之間維持一個近似零的壓差。容器166也可以配置有一個進(jìn)氣口103，出氣口106以及一個緊急排放口163，以通過填充和釋放惰性氣體來平衡壓力。
根據(jù)相平衡和蒸汽壓數(shù)據(jù)來決定密封安瓿136內(nèi)部所需蒸汽壓。按如下所述控制蒸汽壓。因此，蒸汽壓與容器的壓力(“容器壓力”)之間的平衡得以維持。在晶體生長過程中，傾斜升降溫度期間，壓差維持在近似為零。
在圖1所示，容器166包括多個熱電偶125-128，每一個位于一對單獨(dú)的加熱元件124之間。每個熱電偶輸出一個容器溫度信號，代表該熱電偶沿安瓿136的長度所在特定位置的容器溫度測量值。熱電偶導(dǎo)體129-132接收容器溫度信號，并將這些信號提供給外殼101內(nèi)的熱電偶109、110。熱電偶電纜157傳輸來自導(dǎo)體131、132的信號，電纜158傳輸來自導(dǎo)體129、130的信號，到達(dá)一個溫度控制器150。
溫度控制器150接收來自熱電偶的容器溫度信號，并輸出一個加熱器控制信號與溫度控制信號。加熱器控制信號通過動力電纜156、159、169從溫度控制器150被發(fā)送至加熱元件124。通過這種方式，溫度控制器150能夠控制加熱元件124。加熱元件124能夠以一種受控方式被起動，從而使得容器溫度受控升高，以及被斷開，使容器溫度受控降低。一個合適的溫度控制儀150的實(shí)例為Honeywell制造的DUC1500。其它提供相同或相似功能的裝置，盡管可能存在稍微的偏離或修改，如所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的也可以接受。溫度控制器150由一個電源155例如Eurotherm TC1027、TC1028和TE200S供電。
在圖1中，一個信號調(diào)節(jié)器164被連接用來接收來自容器166的壓力傳感器123的容器壓力信號。該傳感器123構(gòu)成容器166的一部分。一種適合的傳感器為Omega制造的PX92-MV，當(dāng)然也能夠使用其它的傳感器，這應(yīng)當(dāng)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解。信號調(diào)節(jié)器164也被連接用來接收來自溫度控制器150的溫度控制信號。信號調(diào)節(jié)器164輸出一個氣體控制信號，該信號是兩個輸入的一個函數(shù)。更具體地是，氣體控制信號是根據(jù)容器壓力信號與溫度控制信號之間通過調(diào)節(jié)器164所維持的一種預(yù)定關(guān)系而產(chǎn)生的。一個適合的調(diào)節(jié)器是由Omega公司制造的DRA-ACT-4系列裝置。其它相同的信號放大器與調(diào)節(jié)器能夠代替DRA-ACT-4裝置使用，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所能理解的。優(yōu)選的裝置是那些將被測輸入信號轉(zhuǎn)換為一種成比例的、線性及高精度的輸出電流的裝置。信號調(diào)節(jié)器164也可以將輸入與輸出隔離，因此使調(diào)節(jié)器164能夠承受大的瞬間輸入。
在圖1中，一個伺服系統(tǒng)161和電動化調(diào)節(jié)器163被連結(jié)，用來接收來自信號調(diào)節(jié)器164的氣體控制信號。在一個實(shí)例中，伺服系統(tǒng)為Eurohtherm制造的EA系列裝置，電動化調(diào)節(jié)器163是由Praxair制造的UP6裝置。也可以使用其它伺服系統(tǒng)及電動化調(diào)節(jié)器，如為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所能理解的。此處的伺服系統(tǒng)161和電動化調(diào)節(jié)器163有時同時被總稱為“電動化調(diào)節(jié)器”。電動化調(diào)節(jié)器根據(jù)氣體控制信號，調(diào)節(jié)來自惰性氣體源165的惰性氣體通過進(jìn)氣口103進(jìn)入容器166的填充，和從容器166中通過出氣口106排出惰性氣體。氣體源165可以是任何一種適合的惰性氣體源，例如ProtairGC401，可以使用其它代替氣體源，如同本領(lǐng)域的技術(shù)人員所能理解的。
在圖1中，一個數(shù)據(jù)道溫度傾斜(或升降)裝置(DATA-TRAKtemperature ramp device)151與顯示裝置152被連結(jié)到溫度控制器150上。一種適合的傾斜裝置151與顯示裝置152的結(jié)合為Eurothterm制造的PC3000。溫度傾斜裝置151提供積分模擬和數(shù)字排序控制(integrated analog and digital sequencing control)。傾斜裝置151提供生長系統(tǒng)100的系統(tǒng)控制、監(jiān)測、模擬排序以及數(shù)字I/O。顯示裝置152提供一個進(jìn)行者界面。
圖2顯示了位于石英安瓿136底部的元素磷213。多晶InP爐料與適量氧化硼(B2O3)被加入到生長坩堝175中。晶種205放置在種井204中，坩堝175有一個錐形轉(zhuǎn)變區(qū)(conical transition region)202和一個主要生長區(qū)203。接著將裝有爐料、B2O3和晶種205的生長坩堝175放入石英安瓿中。石英安瓿136被抽真空，優(yōu)選達(dá)到10-7torr，利用噴燈，使位于安瓿136的石英塞137周圍的敞開端收縮，從而將安瓿136密封。
在圖2中，加入足夠量的B2O3，使其充當(dāng)熔化的InP與坩堝175間的分隔層。按預(yù)定量加入余量的磷，以便在化學(xué)計量InP的融化溫度1026℃下維持一個近似27.5大氣壓(atm.)的蒸汽壓。在該規(guī)定的蒸汽壓下，在晶體生長期間揮發(fā)性磷的損失被最小化。因此，生長出較大直徑的化學(xué)計量InP晶體。
在平衡壓力生長工藝中，密封石英安瓿136被放置到加熱單元中，如圖1和圖2所示。該加熱單元有很多加熱元件124，每個加熱元件通過電線156被溫度控制器150各個單獨(dú)控制。溫度控制器150供電給加熱元件，以提高容器溫度，并熔化主要生長區(qū)203中的多晶InP爐料，如圖2所示。圖1中的溫度控制器150監(jiān)測容器166內(nèi)的溫度。在圖1中，當(dāng)容器溫度升高時，密封石英安瓿136內(nèi)的磷被加熱并蒸發(fā)，在密封石英安瓿136內(nèi)部施加蒸汽壓。密封安瓿內(nèi)部的蒸汽壓能夠利用填充入安瓿中的磷的量、溫度以及坩堝中的多晶爐料量進(jìn)行控制。密封安瓿內(nèi)部的蒸汽壓優(yōu)選為大約30atm。在該溫度傾斜升溫階段，根據(jù)預(yù)定的溫度—壓力關(guān)系，通過激活或起動電動化調(diào)節(jié)器162，用來自源165的惰性氣體填充容器166，來由信號調(diào)節(jié)器164調(diào)節(jié)壓力容器166內(nèi)的壓力。
在晶體生長過程結(jié)束后，供應(yīng)加熱元件124的動力被降低，這樣容器溫度也降低。根據(jù)預(yù)定的溫度—壓力關(guān)系，利用出氣口106和出口163釋放高壓容器內(nèi)惰性氣體，溫度控制器150、信號調(diào)節(jié)器164以及電動化調(diào)節(jié)器163使該溫度傾斜下降與容器壓力降低相互關(guān)聯(lián)。這樣密封石英安瓿136與容器166之間的壓差在晶體生長過程的整個溫度范圍內(nèi)維持在接近零值。
當(dāng)生長系統(tǒng)達(dá)到室溫時，移走石英安瓿136，并打開。過量的磷被燃燒掉釋放到空氣中。將含有晶體的坩堝175浸入甲醇中，溶解B2O3。晶體從生長坩堝中被分離出來。
由于磷在化學(xué)計量InP的熔點(diǎn)具有高蒸汽壓，如上所述，根據(jù)溫度斜率，補(bǔ)足容器的壓力，對防止安瓿爆炸，以及為圖2所示位于結(jié)晶物質(zhì)206與熔融爐料208之間的液-固界面207提供精確的控制都占優(yōu)勢。
應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明的上述具體實(shí)施方式
僅僅是可能的實(shí)施的實(shí)例，用于清楚地理解本發(fā)明的基本原理。在不偏離本發(fā)明的精神和原理的情況下，可以對本發(fā)明的上述具體實(shí)施方式
進(jìn)行多種變動與修改。所有這樣的修改與變動都要包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種進(jìn)行III-V族半導(dǎo)體晶體化合物晶體生長的方法，包括將一個含有一個晶種的坩堝裝入一個安瓿中；密封該安瓿；將密封安瓿裝入位于一個壓力器內(nèi)部的加熱單元中；將該安瓿升溫；以及根據(jù)一個預(yù)定的溫度-壓力關(guān)系，通過向該壓力容器內(nèi)填充一種惰性氣體和釋放該壓力容器內(nèi)的惰性氣體，調(diào)整該壓力容器內(nèi)的蒸汽壓，以便在該晶體生長的溫度范圍內(nèi)，該安瓿與該容器之間的壓差維持在一個近似的零值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將磷加入到該安瓿中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述安瓿由石英制造。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括將多晶InP與氧化硼加入所述安瓿中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括在密封步驟之前，將所述安瓿抽真空到近似1×10-7torr。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述氧化硼用作加熱并熔化的所述多晶InP與所述坩堝之間的分隔層。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括在化學(xué)計量InP熔化溫度1062℃下，按預(yù)定量加入磷，將蒸汽壓維持在大約27.5atm.。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述加熱單元由多個并聯(lián)加熱元件組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述加熱元件被各個單獨(dú)控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括監(jiān)測所述壓力容器內(nèi)的溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述密封安瓿內(nèi)的蒸汽壓大約為30atm。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，一個調(diào)節(jié)器用來起動所述壓力容器填充。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)預(yù)定的溫度-壓力關(guān)系，通過起動該調(diào)節(jié)器，調(diào)整所述蒸汽壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)所述壓力容器溫度降低時，將所述惰性氣體釋放到所述壓力容器中。
15.一種進(jìn)行III-V族半導(dǎo)體晶體化合物的晶體生長的方法，包括將一個晶種、氧化硼和一種InP多晶爐料加入一個坩堝中將預(yù)定量的磷加入一個安瓿中；將所述坩堝放入所述安瓿中；密封裝有所述坩堝的所述安瓿，密封安瓿有一個蒸汽壓；臨近所述密封安瓿，提供一個具有多個加熱元件的加熱單元；提供一個裝載所述加熱單元與所述密封安瓿的容器，該容器具有一個容器溫度和容器壓力；激活加熱元件，使得a).容器溫度和容器壓力升高，并b).加熱并使磷蒸發(fā)，以提高所述密封安瓿的蒸汽壓；監(jiān)測容器溫度和容器壓力；并根據(jù)容器溫度和容器壓力之間的預(yù)定的關(guān)系，向容器中填充惰性氣體和從容器中釋放惰性氣體，從而使得容器壓力和蒸汽壓之間維持平衡。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，容器壓力與蒸汽壓之間維持的平衡接近零壓差。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，在InP半導(dǎo)體晶體化合物的熔化溫度下，晶種和InP多晶爐料至少其中之一產(chǎn)生一個大于5atm的蒸汽壓。
18.一種進(jìn)行III-V族單晶半導(dǎo)體化合物生長的裝置，含有一個坩堝；一個安瓿，其中設(shè)置有所述坩堝并被密封；一個加熱單元，其臨近所述安瓿設(shè)置；一個壓力容器，其中設(shè)置有所述安瓿；以及在晶體生長期間維持密封安瓿和所述壓力容器接近零壓差的裝置。
19.一種進(jìn)行III-V族單晶半導(dǎo)體化合物生長的裝置，包括一個坩堝；一個安瓿，其中設(shè)置有所述坩堝并密封；一個加熱單元，其臨近所述安瓿設(shè)置；一個壓力容器，其中設(shè)置有所述安瓿，所述壓力容器具有用于確定壓力的裝置，其輸出壓力信號；一個溫度控制器，其控制所述加熱單元，使得所述壓力容器內(nèi)的溫度可控制，所述溫度控制器輸出溫度控制信號；一個信號調(diào)節(jié)器，根據(jù)所述溫度控制信號與容器壓力信號之間預(yù)定的關(guān)系，輸出氣體控制信號；以及一個電動化調(diào)節(jié)器，根據(jù)所述氣體控制信號，調(diào)節(jié)惰性氣體填充該壓力容器和從所述壓力容器釋放惰性氣體，以使所述壓力容器內(nèi)部維持一個預(yù)定的壓力。
20.一種進(jìn)行III-V族單晶半導(dǎo)體化合物生長的裝置，包括一個坩堝；一個裝有所述坩堝的密封安瓿，該密封安瓿有蒸汽壓；一個包含多個加熱元件的加熱單元，其臨近所述密封安瓿；一個包含所述加熱單元和所述密封安瓿的容器，該容器有一個進(jìn)氣口，一個出氣口以及用于監(jiān)測容器壓力并提供一個容器壓力信號的壓力傳感器，該容器包括多個熱電偶，用來監(jiān)測容器溫度并提供容器溫度信號；一個溫度控制器，被連接用來接收來自熱電偶的容器溫度信號，并輸出(a)加熱器控制信號，和(b)溫度控制信號；一個信號調(diào)節(jié)器，被連接用來接收(a)來自所述壓力傳感器的容器壓力信號，和(b)來自溫度控制器的溫度控制信號，根據(jù)所述容器壓力信號與所述溫度控制信號之間的預(yù)定關(guān)系，信號調(diào)節(jié)器進(jìn)一步被連接用于輸出氣體控制信號；以及一個電動化調(diào)節(jié)器被連接用來接收氣體控制信號，并根據(jù)氣體控制信號，調(diào)節(jié)來自惰性氣體源的惰性氣體通過容器的進(jìn)氣口填充進(jìn)所述容器和通過所述容器的出氣口從所述容器中釋放惰性氣體。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，進(jìn)一步包括一個連接到所述溫度控制器的溫度傾斜監(jiān)測器，用來監(jiān)測容器溫度信號。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述坩堝裝有晶種、氧化硼和InP多晶爐料。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中，該InP多晶爐料重量大于大約5kg。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述坩堝由熱解氮化硼組成。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述坩堝的壁厚大于0.1mm。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述安瓿由石英制造。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中，所述安瓿中裝有預(yù)定量的磷。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述所選擇的預(yù)定量在化學(xué)計量InP的熔化溫度下可產(chǎn)生一個所需的蒸汽壓。
29.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述安瓿的壁厚大于1mm。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其中，所述安瓿的壁厚在2mm-6mm之間。
31.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述加熱單元含有多個加熱元件。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其中，這些加熱元件被所述溫度控制器各自單獨(dú)控制。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的裝置，其中，這些加熱元件放置在所述容器內(nèi)，以便這些加熱元件為所述安瓿提供一個所需的熱模式。
34.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，壓力確定裝置是一個壓力傳感器。
35.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，該壓力容器包括一個進(jìn)氣口、一個出氣口和一個緊急排放口，通過填充和釋放惰性氣體來平衡壓力。
36.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，在晶體生長期間，所述壓力容器和所述安瓿之間的壓差接近零。
37.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述電動化調(diào)節(jié)器包括一個伺服系統(tǒng)和一個電動化調(diào)節(jié)器。
38.一種進(jìn)行III-V族單晶半導(dǎo)體化合物平衡壓力生長的裝置，包括一個坩堝；一個安瓿，其裝有所述坩堝并被密封，密封安瓿有一個蒸汽壓；一個加熱單元，其臨近所述密封安瓿，具有多個加熱元件；一個容器，其含有所述加熱單元和所述密封安瓿；監(jiān)測容器壓力的裝置；監(jiān)測容器溫度的裝置；當(dāng)所述容器溫度升高時，根據(jù)所述容器溫度和容器壓力之間的預(yù)定關(guān)系，向所述容器填充惰性氣體的裝置，從而可增加所述容器壓力以維持所述容器壓力和蒸汽壓之間的平衡。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，進(jìn)一步包括當(dāng)所述容器溫度降低時，根據(jù)所述容器溫度和容器壓力之間的預(yù)定關(guān)系，釋放所述容器中惰性氣體的裝置，從而可降低所述容器壓力以維持容器壓力與蒸汽壓之間的平衡。
40.一種進(jìn)行III-V族半導(dǎo)體晶體化合物的晶體生長的方法，包括將含有一個晶種的坩堝放置在一個安瓿中；密封該安瓿；將密封安瓿放入位于一個壓力容器內(nèi)的一個加熱單元中；升高該安瓿的溫度；并根據(jù)預(yù)定的溫度-壓力關(guān)系，通過向該容器內(nèi)填充惰性氣體，調(diào)整所述壓力容器內(nèi)的蒸汽壓，從而在所述晶體生長的溫度范圍內(nèi)，使得所述安瓿與所述容器之間的壓差維持在一個預(yù)定的值。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，進(jìn)一步包括降低所述安瓿的溫度；并在所述安瓿的溫度降低時，從該壓力容器中釋放惰性氣體來調(diào)整所述蒸汽壓。
全文摘要
一種用于密閉系統(tǒng)中 III－V族單晶半導(dǎo)體化合物生長的裝置和方法，在該密閉系統(tǒng)中，一個密封安瓿與一個壓力容器之間的壓力維持平衡?？衫妹芊獍碴车臏囟取⒍嗑t料的數(shù)量以及材料例如磷的量將密封安瓿內(nèi)部的蒸汽壓控制在5atm。填充和釋放一種惰性氣體來控制壓力容器的壓力。
文檔編號C30B13/28GK1798879SQ200480006874
公開日2006年7月5日 申請日期2004年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月5日
發(fā)明者X·G·劉, M·楊 申請人:Axt公司