[其他]新型水平滑動石墨舟

無效

• 申請號: 88201086
• 申請日: 1988-02-05
• 公開（公告）號: CN88201086U
• 公開（公告）日: 1988-08-24
• 發明（設計）人: 孫成城;薛保興;何淑芳
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L21/208
• 分類號: H01L21/208;C30B19/00;C30B35/00
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 廖元秋,胡蘭芝

本實用新型屬于半導體光電子學領域的半導體工藝設備的改進。

由于光電器件已廣泛采用化合物半導體材料，促進了對生長多層單晶薄膜的工藝及其設備的研究，目前普遍采用液相外延生長方法。外延生長過程中連續生長組分，摻雜類型不同的外延層，為此一種多熔池水平滑動石墨舟的結構已被廣泛采用。傳統的水平滑動石墨舟的結構如圖1所示，由石墨舟體〔1〕，石墨滑軌〔2〕，石墨舟托〔3〕所組成。石墨舟體上有六個矩形（如需要還可更多）熔液池，石墨滑軌上有兩個供放置先行籽晶和襯底用的槽，石墨舟體與石墨滑塊鑲嵌在石墨舟托內，使石墨舟體在石墨舟滑軌上滑動即可使先行籽晶和襯底與熔液接觸。（見《Heterestructuro????Lasers》part????B????P121）

液相外延晶體生長嚴格依賴于溫度與熔解度的關系，溫度可由精密液相外延爐控制在±0.1℃，因而要可重復地生長晶格匹配的單晶層還需對熔液中各種組份熔質量和溶劑量的精確控制。微量精密天平可把這些量控制在±0.1mg范圍內。

然而傳統的石墨舟熔池水平截面的內邊界是矩形，由于液體狀態下的金屬熔劑與石墨舟是不侵潤的，這樣位于熔池中的液態金屬熔劑在自由狀態下呈球狀，其水平截面是園形。因此在熔池矩形邊界和熔劑園形邊界之間存在著縫隙區，于是在填加熔質和摻雜劑時會有一些顆粒落在縫隙區，結果并非所有的熔質被溶劑包融，致使溶液的飽和度發生變化，甚至出現欠飽和狀態，其結果影響到外延層的厚度和表面形貌，結線的平直度，晶格匹配以及摻雜濃度，使外延生長不能重復進行，甚至失敗。另外縫隙區的微小顆粒還會在石墨舟滑動時損壞石墨舟，使石墨舟的壽命縮短。

本實用新型為解決上述傳統石墨舟產生的缺點，設計出一種新型的用于液相外延的水平滑動石墨舟。由舟體〔4〕，襯底托板〔5〕，滑動熔液池板〔6〕及溶池蓋〔7〕所組成，其特征在于滑動溶液池板上有多個溶液池〔8〕，其水平截面的內邊界是園形，園形直徑d由公式m= (πd＇³)/6 D（1）求出d′，使d＝d′，式中m為溶液池內熔劑的質量，D為熔劑的密度，d′為熔劑呈球狀時的直徑。這樣溶液池水平截面內邊界與金屬溶液的水平截面外邊界密合，當添加熔質和摻雜劑時，即使非常小的顆粒也不能到達縫隙區，而全部處于熔劑的包融之中，從而準確地保證了液相外延生長的重要參數——過飽和度的精度，使外延生長的質量得以保證。由于熔劑球受重力影響呈扁球狀，水平截面直徑略大于公式〔1〕中的d′，因此溶液池直徑也可略大于d。石墨舟全部構件均選用高純度、高密度、高強度石墨。

本實用新型的一個實施例如附圖2所示，是由石墨舟體〔4〕，石墨襯底托板〔5〕，滑動溶液池板〔6〕及溶液池蓋〔7〕等組成。舟體〔4〕為長條石墨槽、襯底托板〔5〕放在槽底部與其緊配合，托板〔5〕開有一淺槽用來放置襯底，滑動溶液池板〔6〕放在襯底托板〔5〕上，溶液池板〔6〕與舟體〔4〕上頂邊滑動配合，可在舟體內滑動，溶液池板有五個園柱形通孔為溶液池〔8〕，孔直徑根據放1克鎵（Ga）溶液來計算，Ga的密度D＝5.91，由公式（1）求出在自由狀態下1克Ga球體直徑為0.69Cm，考慮到重力影響，實際加工溶液池直徑為0.7Cm左右，但不能超過0.8Cm。當池內放入1克Ga后，Ga在一溫度下熔化，呈扁球狀與池內邊界密合，然后加入精確稱重的熔質和摻雜劑，這些熔質和摻雜劑顆粒則會完全被Ga溶液所包溶，最后在池上加熔池蓋，推動滑動溶池板，使各溶液池按予定程序依次通過襯底，完成各層晶體的生長。

實驗表明，這種舟生長的外延片表面光亮，結線平整，晶格匹配，從而大大提高了光電器件的成品率。

附圖說明：

附圖1為傳統水平滑動石墨舟結構示意圖。

附圖2為本實用新型設計的水平滑動石墨舟結構圖。