新型砷化镓多晶高压合成炉设计与制造

刘立起

(中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津300220)

第二代半导体材料砷化镓(GaAs)材料可以分为半绝缘和半导体两大类。半绝缘砷化镓材料主要制作 MESFET、HEMT和HBT结构的集成电路，主要用于手机、雷达、卫星电视广播、微波及毫米波通信、超高速计算机及光纤通信等领域。半导体砷化镓材料主要应用于半导体发光二极管（LED）、光通信有源器件（LD）、可见光激光器、近红外激光器、量子阱大功率激光器和高效太阳能电池。

近年来随手机、无线通信、LED照明和LED背光应用市场快速扩大，促进了国内砷化镓衬底材料产业迅猛发展。但是为了砷化镓产业扩大，就必须解决砷化镓多晶料合成的产量问题。由于砷化镓是二元化合物，砷的蒸汽压高，并且镓、砷容易氧化，使得合成砷化镓多晶就很不容易。砷化镓多晶合成有4种：(1)水平布里奇曼法；（2）低压氧化硼液封砷注入合成法；（3）高压氧化硼液封直接合成法；（4）高压无液封砷化镓多晶合成法。最后一种是中国电子科技集团公司第三十六研究所独创的合成方法。随着本所掺硅半导体VB法GaAs单晶和GaAs液相外延（LPE）用砷化镓多晶产品规模的扩大，原有的单台卧式合成炉的产量已经不能满足生产的需要，同时，原有合成炉在使用过程中也暴露出许多设计上的缺陷，这些缺陷造成砷化镓多晶合成操作和设备维护不易实现。在充分研究了原有的卧式合成炉的结构和原理基础上，根据现有高压无液封砷化镓多晶合成工艺要求，同时结合工艺操作人员对炉体改进设想，设计和制造出立式GaAs多晶合成炉。……