CN103184520B - 一种砷化镓晶体残料的直拉再利用方法 - Google Patents

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Abstract

一种砷化镓晶体残料的直拉再利用方法，本方法包括：备料、装炉；抽真空、充气；升温化料；降温引晶；等径控制；收尾；出料等工序。本发明的优点是：由于本发明采用高压液封直拉法拉制出砷化镓晶体，极大地改善了砷化镓晶体残料的化学配比。同时，由于镓的氧化物密度小于砷化镓密度，在晶体生长过程中，镓的氧化物均分布在砷化镓晶体表面且呈突起状，因此通过简单的砂轮机打磨即可去除，可去除99％的氧化物。采用本发明处理砷化镓晶体残料，一个周期只需20小时，且不存在重复处理的问题，效率高操作简单。使得以前通常弃之不用的砷化镓残料重新投入拉晶，使砷化镓晶体残料的利用率达到95％以上。

Description

一种砷化镓晶体残料的直拉再利用方法
技术领域
本发明涉及一种化合物半导体材料的重复利用方法，具体地说，是涉及一种砷化镓晶体残料的直拉再利用方法。
背景技术
由于镓在空气中表面容易形成氧化膜，用水平梯度凝固方法合成的砷化镓多晶，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。另外，用水平梯度凝固方法合成的多晶和生长的砷化镓单晶，在晶体合成或拉晶过程中，因为炸炉或漏气会产生化学配比严重偏离且夹杂更多氧化物的多晶料及富镓料。上述这些拉晶或合成过程中产生的含有大量氧化物或富镓的砷化镓料，我们统称为砷化镓晶体残料。这些砷化镓晶体残料，按现有工艺技术并不能直接投入到生产单晶过程，因为如果直接投入到单晶生长过程中，会在熔体表面布满镓的氧化物，且化学配比偏离，严重干扰晶体生长，难以生长出单晶，因此造成原料的大量浪费。为了提高砷化镓料利用率和单晶的成品率，我们提出一种砷化镓晶体残料的直拉再利用方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种砷化镓晶体残料的直拉再利用方法，采用该方法可以有效提高砷化镓料的利用率，避免原料的大量浪费。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种砷化镓晶体残料的直拉再利用方法，其特征在于：
该方法采用高压液封直拉法拉制砷化镓晶体，它包括步骤：
1.备料、装炉：将经腐蚀清洗后的砷化镓晶体残料砸碎成小块，密排放入石英坩埚内，然后放入氧化硼覆盖剂，密封炉体。
2.抽真空，然后向炉内充入高纯氮气0.8～1.5MPa。
3.升温化料：将温度升到1350～1550℃将砷化镓晶体残料熔化，并控制炉压在1.5～2.5MPa。以1～10转/分钟的速率转到籽晶杆，以1～20转/分钟的速率反方向转动坩埚杆。
4.降温引晶：调整温度，使籽晶接触熔体，当籽晶和熔体稳定接触30分钟后开始降温引晶，降温速率控制在0.05～1.5℃/min，当看到固液界面的固相长大时，开始提拉晶体，提拉速度控制在5～25mm/hr。并随着微分重量显示达到0.5～2.0g/min以上时逐步增加埚升到0.5～7mm/hr。
5.等径控制：利用微分重量控制方式控制晶体直径，当微分重量减小时适当降温，当微分重量增加时适当升温。控制微分重量显示在5～12g/min。
6.收尾：当晶体重量增加至投料量60～80％时，以0.1～1.5℃/分钟的速率开始升温。当微分重量逐渐减小，直至突然变负值时，停止埚转、埚升，并开始降埚直到回到引晶时的埚位。然后继续提拉晶体至离开氧化硼100mm以上停止。逐步降温，直至200℃时放气将炉膛内气压全部卸除。
7.出料：将晶体从炉体内取出，去掉上面的覆盖剂。将砷化镓晶体表面突起的镓的氧化物用砂轮机打磨掉，后放入石英容器内，加入强酸加热去除表面的杂质及富镓，用去离子水冲净。
本发明具有如下特点：
由于本发明采用高压液封直拉法拉制出砷化镓晶体，极大地改善了砷化镓晶体残料的化学配比。同时，由于镓的氧化物密度小于砷化镓密度，在晶体生长过程中，镓的氧化物均分布在砷化镓晶体表面且呈突起状，因此通过简单的砂轮机打磨即可去除，可去除99％的氧化物。本发明由于具有吸杂作用，可有效降低GaAs残料中的杂质浓度，可使拉出的晶体中载流子浓度小于1×1017cm-3。
采用本发明处理砷化镓晶体残料，一个周期只需20小时，且不存在重复处理的问题，效率高操作简单。而采用水平布里支曼(HB)方法处理砷化镓晶体残料，时间要长，且一个周期下来并不能保证晶体化学配比好，有时需要开两三炉才行，还不能有效降低杂质浓度；而且，晶体中存在的氧化物不能够有效清除而夹杂于晶体内部。时间短效率高，使得以前通常弃之不用的砷化镓残料重新投入拉晶，使砷化镓晶体残料的利用率达到95％以上。
附图说明
图1是本发明砷化镓晶体残料的直拉再利用方法的实施流程框图
本流程包括：备料、装炉；抽真空、充气；升温化料；降温引晶；等径控制；收尾；出料等工序。
具体实施方式
本发明砷化镓晶体残料的直拉再利用方法采用设备为高压单晶炉。
下面以具体实施例对本发明做进一步说明：
高压单晶炉是已有的设备。微分重量表示单位时间晶体生长的重量，单位是克/分钟，衡量的是晶体生长的速度。工艺中所述的压力都是绝对压力。
实施例1：
1.备料、装炉：将经腐蚀清洗后的2.0Kg砷化镓晶体残料砸碎成小块，密排放入石英坩埚内，然后放入300g氧化硼覆盖剂，密封炉体。
2.抽真空，使炉膛气压小于400Pa，然后向炉内充入高纯氮气1.0MPa。
3.升温化料：将温度升到1400℃将砷化镓晶体残料熔化，并控制炉压在1.8MPa左右。以2转/分钟的速率转动籽晶杆，以10转/分钟的速率反方向转动坩埚杆。
4.降温引晶：调整温度，使籽晶接触熔体，当籽晶和熔体稳定接触30分钟后开始降温引晶，降温速率控制在0.05～0.4℃/min，当看到固液界面的固相长大时，开始提拉晶体，提拉速度控制在5mm/hr。并随着微分重量显示达到0.8g/min以上时逐步增加埚升到1.5mm/hr。
5.等径控制：利用微分重量控制方式控制晶体直径，当微分重量减小时适当降温，当微分重量增加时适当升温。控制微分重量显示在5～8g/min。
6.收尾：当晶体重量增加至投料量60％时，以0.1℃/分钟的速率开始升温。当微分重量逐渐减小，直至突然变负值时，停止埚转、埚升，并开始降埚直到回到引晶时的埚位。然后继续提拉晶体至离开氧化硼100mm以上停止。逐步降温，直至200℃时放气将炉膛内气压全部卸除。
7.出料：从炉体内取出砷化镓晶体，去掉上面的覆盖剂。将砷化镓晶体表面突起的镓的氧化物用砂轮机打磨掉，后放入石英容器内，加入强酸加热去除表面的杂质及富镓，用去离子水冲净。最后能用于拉晶的砷化镓晶体重量为1950g。
实施例2：
1.备料、装炉：将经腐蚀清洗后的4.0Kg砷化镓晶体残料砸碎成小块，密排放入石英坩埚内，然后放入700g氧化硼覆盖剂，密封炉体。
2.抽真空，使炉膛气压小于200Pa。，然后向炉内充入高纯氮气1.5MPa。
3.升温化料：将温度升到1520℃将砷化镓晶体残料熔化，并控制炉压在2.3MPa左右。以6转/分钟的速率转到籽晶杆，以15转/分钟的速率反方向转动坩埚杆。
4.降温引晶：调整温度，使籽晶接触熔体，当籽晶和熔体稳定接触30分钟后开始降温引晶，降温速率控制在0.2～1.0℃/min，当看到固液界面的固相长大时，开始提拉晶体，提拉速度控制在20mm/hr。并随着微分重量显示达到1.6g/min以上时逐步增加埚升到6mm/hr。
5.等径控制：利用微分重量控制方式控制晶体直径，当微分重量减小时适当降温，当微分重量增加时适当升温。控制微分重量显示在8～12g/min。
6.收尾：当晶体重量增加至投料量80％时，以1.2℃/分钟的速率开始升温。当微分重量逐渐减小，直至突然变负值时，停止埚转、埚升，并开始降埚直到回到引晶时的埚位。然后继续提拉晶体至离开氧化硼100mm以上停止。逐步降温，直至200℃时放气将炉膛内气压全部卸除。
7.出料：从炉体内取出砷化镓晶体，去掉上面的覆盖剂。将砷化镓晶体表面突起的镓的氧化物用砂轮机打磨掉，后放入石英容器内，加入强酸加热去除表面的杂质及富镓，用去离子水冲净。最后能用于拉晶的砷化镓晶体重量为3880g。
实施例3：
1.备料、装炉：将经腐蚀清洗后的3.0Kg砷化镓晶体残料砸碎成小块，密排放入石英坩埚内，然后放入500g氧化硼覆盖剂，密封炉体。
2.抽真空，使炉膛气压小于300Pa，然后向炉内充入高纯氮气1.2MPa。
3.升温化料：将温度升到1480℃将砷化镓晶体残料熔化，并控制炉压在2.0MPa左右。以5转/分钟的速率转到籽晶杆，以12转/分钟的速率反方向转动坩埚杆。
4.降温引晶：调整温度，使籽晶接触熔体，当籽晶和熔体稳定接触30分钟后开始降温引晶，降温速率控制在0.2～0.6℃/min，当看到固液界面的固相长大时，开始提拉晶体，提拉速度控制在15mm/hr。并随着微分重量显示达到1.0g/min以上时逐步增加埚升到4mm/hr。
5.等径控制：利用微分重量控制方式控制晶体直径，当微分重量减小时适当降温，当微分重量增加时适当升温。控制微分重量显示在6～9g/min。
6.收尾：当晶体重量增加至投料量70％时，以0.3℃/分钟的速率开始升温。当微分重量逐渐减小，直至突然变负值时，停止埚转、埚升，并开始降埚直到回到引晶时的埚位。然后继续提拉晶体至离开氧化硼100mm以上停止。逐步降温，直至200℃时放气将炉膛内气压全部卸除。
7.出料：从炉体内取出砷化镓晶体，去掉上面的覆盖剂。将砷化镓晶体表面突起的镓的氧化物用砂轮机打磨掉，后放入石英容器内，加入强酸加热去除表面的杂质及富镓，用去离子水冲净。最后能用于拉晶的砷化镓晶体重量为2900g。

Claims (1)

1.一种砷化镓晶体残料的直拉再利用方法，其特征在于：该方法采用高压液封直拉法拉制砷化镓晶体，它包括步骤：
1)、备料、装炉：将经腐蚀清洗后的砷化镓晶体残料砸碎成小块，密排放入石英坩埚内，然后放入氧化硼覆盖剂，密封炉体；
2)、抽真空，然后向炉内充入高纯氮气至0.8～1.5MPa；
3)、升温化料：将温度升到1350～1550℃将砷化镓晶体残料熔化，并控制炉压在1.5～2.5MPa，以1～10转/分钟的速率转动籽晶杆，以1～20转/分钟的速率反方向转动坩埚杆；
4)、降温引晶：调整温度，使籽晶接触熔体，当籽晶和熔体稳定接触30分钟后开始降温引晶，降温速率控制在0.05～1.5℃/min，当看到固液界面的固相长大时，开始提拉晶体，提拉速度控制在5～25mm/hr；并随着微分重量显示达到0.5～2.0g/min以上时逐步增加埚升到0.5～7mm/hr；
5)、等径控制：利用微分重量控制方式控制晶体直径，当微分重量减小时适当降温，当微分重量增加时适当升温，控制微分重量显示在5～12g/min；
6)、收尾：当晶体重量增加至投料量60～80％时，以0.1～1.5℃/分钟的速率开始升温，当微分重量逐渐减小，直至突然变负值时，停止埚转、埚升，并开始降埚直到回到引晶时的埚位，然后继续提拉晶体至离开氧化硼100mm以上停止，逐步降温，直至200℃时放气将炉膛内气压全部卸除；
7)、出料：将晶体从炉体内取出，去掉上面的覆盖剂，将砷化镓晶体表面突起的镓的氧化物用砂轮机打磨掉，后放入石英容器内，加入强酸加热去除表面的杂质及富镓，用去离子水冲净。
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