CN102040204B - 磷化镓多晶铸锭的方法 - Google Patents

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Abstract

一种磷化镓多晶铸锭的方法，它包括以下步骤：将合成好的磷化镓多晶料放入石英容器内，加入王水加热去除表面的氧化物杂质，用去离子水冲净、烘干备用；将多晶料砸碎成小块，放入覆盖剂氧化硼；将坩埚放入高压单晶炉内，密封炉体，抽真空；检查炉体密封性；升温至合成料全部化完；逐步降温，缓慢放掉炉体内气体，使覆盖剂发泡后，再降温至常温；将铸锭料从炉体内取出，去掉上面的覆盖剂氧化硼；将铸锭好的磷化镓多晶料放入石英容器内，加入王水加热去除表面的杂质及富镓，用去离子水冲净、烘干备用。本发明的优点是：可将多晶料中镓的氧化物杂质的含量降低90％以上，由于多晶料中析出多余的镓，使多晶料中化学原子配比更接近1∶1，得到的透明、致密的多晶锭，单晶成品率由48％提高到62％。

Description

磷化镓多晶铸锭的方法
技术领域
本发明涉及一种磷化镓多晶铸锭的方法
背景技术
磷化镓多晶合成系采用射频区熔的方法。在高温高压下使磷、镓原子按比例在熔区中合成磷化镓，通过移动熔区的方法使磷化镓多晶从晶锭头部析出。由于镓在空气中表面极易形成氧化膜，在合成出的多晶中不可避免的夹杂有镓的氧化物；同时，获得的多晶锭在尾部有富镓的部分。具有上述两个问题的多晶在单晶拉制中极易使熔体表面布满镓的氧化物，严重干扰单晶生长；并且富镓熔体也不利于磷化镓单晶的正常生长。为了提高单晶的成晶率，有必要采取措施解决以上问题。增加拉晶前的磷化镓多晶铸锭程序，不失为一种好的办法。
发明内容
本发明的目的是提供一种磷化镓多晶铸锭的方法，该方法将经过表面净化处理的磷化镓多晶在高温高压条件下集中熔化，熔化过程中由于镓的氧化物相对于熔体较轻将最终漂浮于熔体表面，熔体凝固后易于去除。而熔体中的富镓则通过熔体定向凝固结晶分凝至晶锭表面，易于去除，用这种方法可大大降低多晶料中镓的氧化物的含量，去除料中多余的镓，得到透明、致密的适合于磷化镓单晶生长的多晶锭。
为达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
这种磷化镓多晶铸锭方法包括以下步骤：
(1)将合成好的磷化镓多晶料放入石英容器内，加入5∶1-1∶1王水(盐酸与硝酸的体积比)至完全没过合成料，加热去除表面的氧化物杂质，用去离子水冲净，再用去离子水将料煮沸，拿出烘干备用；
(2)将(1)中多晶料砸碎成小块，放入破碎成小块的覆盖剂氧化硼；
(3)将坩埚放入高压单晶炉内，密封炉体，抽真空，炉体内绝对压力P在0∠P∠300帕之间；
(4)向炉内冲入氮气检查炉体密封性；
(5)用功率控制方法升温，速度为0.2-0.4kW/min(即每分钟功率增加0.2-0.4kW)，待升到料化温度时，改为温度控制；
(6)用温度控制方法继续升温至合成料全部化完，控制坩埚在3--10分钟内均匀的加速到25r/min；保持时间为140-180分钟；
(7)将埚转匀速地降至0，用温度控制方法逐步降温，至800～900度时缓慢放掉炉体内气体，使覆盖剂发泡后，再继续降温至常温；
(8)将铸锭料从炉体内取出，去掉上面的覆盖剂氧化硼；
(9)将铸锭好的磷化镓多晶料放入石英容器内，加入1∶1--5∶1王水至完全没过铸锭料，加热去除表面的杂质及富镓，用去离子水冲净，再用去离子水将铸锭料煮沸，拿出烘干后以备拉晶使用。
所述的多晶料与复盖剂的重量比为40～55∶5～7。
所述的炉内氮气的压力为2.5-3.5兆帕。
所述的料化温度为1700--1900℃。
所述的再用去离子水将料煮沸的遍数为：5--15遍。
用温度控制方法逐步降温的降温速度是：用0.8-1.0度/分钟的速率降至1500度，再用1.8-2.5度/分钟的速率降至800-1000度，缓慢放掉炉体内气体，使覆盖剂发泡后，再继续以2.5-3.0度/分钟的速率降至600度，停电再继续自然降温至常温。
进行真空脱水是在抽真空状态下升温至1000度将氧化硼内水份蒸发排出。
本发明的优点是：
1.采用本方法可将多晶料中镓的氧化物杂质的含量降低90％以上
2.由于多晶料中析出多余的镓，使多晶料中化学原子配比更接近1∶1，得到的透明、致密的多晶锭更加适合磷化镓单晶生长
3.将单晶成品率由48％提高到62％。
具体实施方式
本发明磷化镓多晶铸锭的方法采用设备为英国剑桥生产的MR354型高压单晶炉，覆盖剂脱水炉为陕西机械学院生产的36炉.
下面以具体实施例对本发明做进一步说明：
实施例1
一、准备工作
1、对覆盖剂氧化硼进行真空加热脱水。
2、用王水处理石英器皿，并用去离子水清洗干净。
3、将合成好的磷化镓多晶料放入石英容器内，加入3∶1王水至完全没过合成料。加热去除表面的氧化物等杂质，然后直接用去离子水冲净。再用去离子水将料煮沸10遍，拿出烘干备用。
二、装料
1、将磷化镓多晶密排在石英坩埚底部，装料4千克。
2、将破碎成小块的脱完水的覆盖剂550克放入坩埚。
三、装炉
1、将干净的石英镜头装好，注意镜头的对中，装好镜头套筒。
2、将坩埚放入调整好的埚壁内，密封炉体。
3、用千分表调整好坩埚垂直度。
四、抽真空
用真空泵抽出炉膛内的空气，最后气压小于300帕。
五、充气检漏
向炉膛内冲入高纯氮气3.0兆帕，检查炉体密封性。
六、升温
1、用功率控制方式升温，以0.30kw/min的速率增加功率，升至料化.
2、当温度升至料化时(1700度-1900度)转为温度控制方式。
七、稳料
控制坩埚在5分钟内均匀的加速到25r/min。保持140分钟。让料充分搅拌。
八、降温
将埚转匀速的降至0，用1.0度/分钟的速率降至1500度，再用2.5度/分钟的速率降至1000度，缓慢放掉炉体内气体，使覆盖剂发泡后，再继续以3.0度/分钟的速率降至600度，停电再继续自然降温至常温。
九、出炉
将铸锭料从炉体内取出，去掉上面的覆盖剂氧化硼。
十、腐蚀处理
将铸锭好的磷化镓多晶料放入石英容器内，加入3∶1王水至完全没过铸锭料。加热去除表面的杂质及富镓，然后直接用去离子水冲净。再用去离子水将铸锭料煮沸5遍，拿出烘干后备拉晶使用。
实施例2
一、准备工作
1、对覆盖剂氧化硼进行真空加热脱水。
2、用王水处理石英器皿，并用去离子水清洗干净。
3、将合成好的磷化镓多晶料放入石英容器内，加入3∶1王水至完全没过合成料。加热去除表面的氧化物等杂质，然后直接用去离子水冲净。再用去离子水将料煮沸10遍，拿出烘干备用。
二、装料
1、将磷化镓多晶密排在石英坩埚底部，装料4.5千克。
2、将破碎成小块的脱完水的覆盖剂600克放入坩埚。
三、装炉
1、将干净的石英镜头装好，注意镜头的对中，装好镜头套筒。
2、将坩埚放入调整好的埚壁内，密封炉体。
3、用千分表调整好坩埚垂直度。
四、抽真空
用真空泵抽出炉膛内的空气，最后气压小于300帕。
五、充气检漏
向炉膛内冲入高纯氮气3.0兆帕，检查炉体密封性。
六、升温
a)用功率控制方式升温，以0.25kw/min的速率增加功率，升至料化.
b)当温度升至料化时(1700度-1900度)转为温度控制方式。
七、稳料
控制坩埚在3分钟内均匀的加速到25r/min。保持150分钟。让料充分搅拌。
八、降温
将埚转匀速的降至0，用1.0度/分钟的速率降至1500度，再用2.5度/分钟的速率降至900度，缓慢放掉炉体内气体，使覆盖剂发泡后，再继续以3.0度/分钟的速率降至600度，停电再继续自然降温至常温。
九、出炉
将铸锭料从炉体内取出，去掉上面的覆盖剂氧化硼。
十、腐蚀处理
将铸锭好的磷化镓多晶料放入石英容器内，加入3∶1王水至完全没过铸锭料。加热去除表面的杂质及富镓，然后直接用去离子水冲净。再用去离子水将铸锭料煮沸10遍，拿出烘干后备拉晶使用。
实施例3
一、准备工作
1、对覆盖剂氧化硼进行真空加热脱水。
2、用王水处理石英器皿，并用去离子水清洗干净。
3、将合成好的磷化镓多晶料放入石英容器内，加入3∶1王水至完全没过合成料。加热去除表面的氧化物等杂质，然后直接用去离子水冲净。
再用去离子水将料煮沸10遍，拿出烘干备用。
三、装料
1、将磷化镓多晶密排在石英坩埚底部，装料5千克。
2、将破碎成小块的脱完水的覆盖剂620克放入坩埚。
四、装炉
1、将干净的石英镜头装好，注意镜头的对中，装好镜头套筒。
2、将坩埚放入调整好的埚壁内，密封炉体。
3、用千分表调整好坩埚垂直度。
四、抽真空
用真空泵抽出炉膛内的空气，最后气压小于300帕。
十一、充气检漏
向炉膛内冲入高纯氮气2.8兆帕，检查炉体密封性。
十二、升温
a)用功率控制方式升温，以0.24kw/min的速率增加功率，升至料化.
b)当温度升至料化时(1700度-1900度)转为温度控制方式。
十三、稳料
控制坩埚在5分钟内均匀的加速到25r/min。保持180分钟。让料充分搅拌。
十四、降温
将埚转匀速的降至0，用0.8度/分钟的速率降至1500度，再用1.8度/分钟的速率降至800度，缓慢放掉炉体内气体，使覆盖剂发泡后，再继续以2.5度/分钟的速率降至600度，停电再继续自然降温至常温。
十五、出炉
将铸锭料从炉体内取出，去掉上面的覆盖剂氧化硼。
十六、腐蚀处理
将铸锭好的磷化镓多晶料放入石英容器内，加入3∶1王水至完全没过铸锭料。加热去除表面的杂质及富镓，然后直接用去离子水冲净。再用去离子水将铸锭料煮沸10遍，拿出烘干后备拉晶使用。

Claims (4)

1.一种磷化镓多晶铸锭的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)将合成好的磷化镓多晶料放入石英容器内，加入盐酸与硝酸体积比为5∶1-1∶1的王水至完全没过合成料，加热去除表面的氧化物杂质，用去离子水冲净，再用去离子水将料煮沸，拿出烘干备用；
(2)将(1)中多晶料砸碎成小块，放入破碎成小块的覆盖剂氧化硼，多晶料与覆盖剂的重量比为40～55∶5～7；
(3)将坩埚放入高压单晶炉内，密封炉体，抽真空，炉体内压力P在0∠P∠300帕之间；
(4)向炉内冲入氮气检查炉体密封性；
(5)用功率控制方法升温，速度为0.2-0.4kW/min，待升到料化温度时，改为温度控制，所述的料化温度为1700--1900℃；
(6)用温度控制方法继续升温至合成料全部化完，控制坩埚在3--10分钟内均匀的加速到25r/min；保持时间为140-180分钟；
(7)将埚转匀速地降至0，用温度控制方法逐步降温，至800～900度时缓慢放掉炉体内气体，使覆盖剂发泡后，再继续降温至常温；
(8)将铸锭料从炉体内取出，去掉上面的覆盖剂氧化硼；
(9)将铸锭好的磷化镓多晶料放入石英容器内，加入1∶1--5∶1的王水至完全没过铸锭料，加热去除表面的杂质及富镓，用去离子水冲净，再用去离子水将铸锭料煮沸，拿出烘干后以备拉晶使用。
2.根据权利要求1所述的一种磷化镓多晶铸锭的方法，其特征在于：炉内氮气的压力为2.5-3.5兆帕。
3.根据权利要求1所述的一种磷化镓多晶铸锭的方法，其特征在于：再用去离子水将料煮沸的遍数为：5--15遍。
4.根据权利要求1所述的一种磷化镓多晶铸锭的方法，其特征在于：用温度控制方法逐步降温的降温速度是：用0.8-1.0度/分钟的速率降至1500度，再用1.8-2.5度/分钟的速率降至800～900度，缓慢放掉炉体内气体，使覆盖剂发泡后，再继续以2.5-3.0度/分钟的速率降至600度，停电再继续自然降温至常温。
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