Natural convection in liquid encapsulated czochralski growth of gallium arsenide

Abstract

The natural convection in the melt during LEC growth of GaAs is studied numerically for a crucible radius of 0.1 m, melt heights 0.025 m and 0.05 m, and crystal radii 0.025 m and 0.05 m. When only the crucible side wall is heated, the flow is unicellular moving up the side wall, along the melt-encapsulant interface, downward beneath the crystal, and along the bottom toward the side wall. With heating at the top of the crucible, the side wall temperature can be lowered without freezing the melt near the melt-encapsulant interface. The flow is often multi-cellular when the bottom of the crucible is heated. An optimum heating at the top and bottom of the crucible can flatten the isotherms near the crystal-melt interface and improve the diameter control.

On a étudié numériquement la convection naturelle de la fusion durant la croissance LEC du GaAs pour un rayon de creuset de 0,1 m, des hauteurs de fusion de 0,025 et 0,05 m et des rayons de cristaux de 0,025 et 0,05 m. Lorsque seul le bord du creuset est chauffé, l'écoulement est unicellulaire, se déplaçant vers le haut de la paroi, le long de l'interface encapsulant-fondu, vers le fond sous le cristal, et le long du fond vers la paroi. Lorsque le réchauffement a lieu au sommet du creuset, la température de paroi peut ětre abaissée sans que l'on gèle la fusion près de l'interface encapsulant-fondu. L'écoulement est souvent multi-cellulaire lorsque le fond du creuset est chauffé. Un réchauffement optimum au sommet et au fond du creuset peut aplatir les isothermes près de l'interface cristal-fondu et améliorer le contrôle des diamètres.