CN110219051A - 从热解氮化硼坩埚中分离砷化镓单晶的分离方法以及分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种从热解氮化硼坩埚中分离砷化镓单晶的分离方法以及分离装置，涉及单晶生长技术领域，包括如下步骤：将待分离的热解氮化硼坩埚和砷化镓单晶浸泡在有机溶剂中，加热所述有机溶剂，然后进行超声处理。在上述技术方案中，通过加热与超声波结合的方式进行脱埚操作，可以加速二者的分离效率，使整个脱锅周期大大的缩短，从而也大大缩短了热解氮化硼坩埚在有机溶剂中浸泡的时间，降低对热解氮化硼坩埚的损伤，此脱埚处理过后的热解氮化硼坩埚表面平整，使用寿命大大延长。并且，该分离方法操作简单，所有操作都在低温下进行，没有特殊操作要求。

Description

从热解氮化硼坩埚中分离砷化镓单晶的分离方法以及分离 装置

技术领域

本发明涉及单晶生长技术领域，尤其是涉及一种从热解氮化硼坩埚中分离砷化镓单晶的分离方法以及分离装置。

背景技术

垂直梯度凝固法，简称VGF，是生长砷化镓单晶的主要方法之一。在生长砷化镓单晶，一般会选择热解氮化硼坩埚(PBN坩埚)作为砷化镓单晶生长的器皿，为了增加热解氮化硼坩埚的使用次数，所以在砷化镓单晶生长结束后，会对砷化镓单晶进行脱埚处理。

但是，现有技术中的热解氮化硼坩埚虽然可以重复利用，可每次利用后都会形成损伤，影响使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种从热解氮化硼坩埚中分离砷化镓单晶的分离方法以及分离装置，以解决现有技术中存在的热解氮化硼坩埚使用寿命短的技术问题。

为了解决热解氮化硼坩埚使用寿命短的技术问题，所以对现有技术中的分离方法进行了研究，研究发现目前的脱埚处理通常是用甲醇对盛放单晶的热解氮化硼坩埚进行浸泡，等热解氮化硼坩埚与单晶棒没有粘连后将单晶棒从坩埚中取出。

但是这种分离方法需要对热解氮化硼坩埚浸泡72小时左右，待单晶棒与热解氮化硼坩埚分离后，热解氮化硼坩埚的表面也会造成损伤，因此反复的使用而造成的损伤便大大缩短了热解氮化硼坩埚的使用寿命。为了解决上述技术问题，本发明便提供了如下的技术方案。

本发明提供的一种从热解氮化硼坩埚中分离砷化镓单晶的分离方法，包括如下步骤：

将待分离的热解氮化硼坩埚和砷化镓单晶浸泡在有机溶剂中，加热所述有机溶剂，然后进行超声处理。

进一步的，所述有机溶剂加热后的加热温度维持在45°到55°之间。

进一步的，所述有机溶剂加热后的加热温度维持在50°。

进一步的，将所述有机溶剂加热至所述加热温度，加热1.5个小时后在所述加热温度下向所述有机溶剂导入超声波；

导入时间达到1个小时时停止并继续维持所述加热温度；

超声波停止导入时间达到4个小时，若二者分离，停止加热；若二者未分离，在所述加热温度下再次向所述有机溶剂导入超声波，导入时间达到1.5个小时时停止并继续维持所述加热温度，直至所述热解氮化硼坩埚内的砷化镓单晶与其分离。

进一步的，所述有机溶剂为甲醇溶剂和乙醇溶剂中的至少一种。

进一步的，所述甲醇溶剂的浓度在95％以上。

进一步的，所述甲醇溶剂的浓度为99.5％。

本发明还提供了一种在所述分离方法中使用的分离装置，包括：

具有清洗内腔的超声波清洗装置，以能够在所述清洗内腔中利用有机溶剂浸泡待处理的热解氮化硼坩埚；

加热器，所述加热器与所述超声波清洗装置热交换装配，以能够对位于所述清洗内腔中的有机溶剂加热。

在上述技术方案中，通过加热与超声波结合的方式进行脱埚操作，可以加速二者的分离效率，使整个脱锅周期大大的缩短，从而也大大缩短了热解氮化硼坩埚在有机溶剂中浸泡的时间，降低对热解氮化硼坩埚的损伤，此脱埚处理过后的热解氮化硼坩埚表面平整，使用寿命大大延长。并且，该分离方法操作简单，所有操作都在低温下进行，没有特殊操作要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的分离方法的流程图；

图2为本发明一个实施例提供的分离装置的使用状态示意图。

附图标记：

1、超声波清洗装置；

2、清洗内腔；

3、热解氮化硼坩埚；

4、有机溶剂。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

由前文可知，由于现有的脱埚处理通常是用有机溶剂4对盛放单晶的热解氮化硼坩埚3进行浸泡，整个脱埚周期需要对热解氮化硼坩埚3浸泡72小时左右，待单晶棒与热解氮化硼坩埚3分离后，热解氮化硼坩埚3的表面也会造成损伤，因此反复的使用而造成的损伤便大大缩短了热解氮化硼坩埚3的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明便提供了如下的技术方案。

如图1所示，本实施例提供的一种从热解氮化硼坩埚中分离砷化镓单晶的分离方法，包括如下步骤：

将待分离的热解氮化硼坩埚3和砷化镓单晶浸泡在有机溶剂4中，加热所述有机溶剂4，然后进行超声处理。

由该分离方法可知，该方法采用了加热与超声波相结合的方式进行砷化镓单晶(下称单晶棒)与热解氮化硼坩埚3分离(脱埚)操作。在脱埚的时候，可以将坩埚3浸泡在有机溶剂4内，并对有机溶剂4进行加热，使坩埚3和坩埚3内的单晶棒在加热的有机溶剂4中实现初步分离。所述有机溶剂4为甲醇溶剂和乙醇溶剂中的至少一种。

在此过程中，再向有机溶剂4中导入超声波，超声波在有机溶剂4中传播，其频率一般是4000hz左右，能够使有机溶剂4在超声波频率下一起振动，此时有机溶剂4便可以在超声波的作用下产生数以万计的微小气泡，每个气泡的破裂均会产生能量极大的冲击波，相当于瞬间产生几百度的高温和高达上千个大气压，从而在脱埚的过程中利用大量气泡破裂所产生的冲击波分离单晶棒与热解氮化硼坩埚3之间的细小粘连，并促进有机溶剂4的分离效果，提高脱埚效果。

综上所述，通过加热与超声波结合的方式进行脱埚操作，可以加速二者的分离效率，使整个脱锅周期大大的缩短，从而也大大缩短了热解氮化硼坩埚3在有机溶剂4中浸泡的时间，降低对热解氮化硼坩埚3的损伤，此脱埚处理过后的热解氮化硼坩埚3表面平整，使用寿命大大延长。并且，该分离方法操作简单，所有操作都在低温下进行，没有特殊操作要求。

进一步的，所述有机溶剂4加热后的加热温度维持在45°到55°之间。

在进行脱埚操作的过程中，有机溶剂4在加热到58°的时候会发生沸腾，所以为了能够使脱埚过程保持稳定，可以将有机溶剂4的加热温度维持在45°到55°之间，使有机溶剂4能够在较高温度且稳定的进行分离反应。

例如，优选的，所述有机溶剂4加热后的加热温度维持在50°。本领域技术人员可以根据实际情况调整有机溶剂4的加热温度，例如还可以选择48°、52°和54°等其他加热温度，在此不做限定。

进一步的，将所述有机溶剂4加热至所述加热温度，加热1.5个小时后在所述加热温度下向所述有机溶剂4导入超声波；

导入时间达到1个小时时停止并继续维持所述加热温度；

超声波停止导入时间达到4个小时，若二者分离，停止加热；若二者未分离，在所述加热温度下再次向所述有机溶剂4导入超声波，导入时间达到1.5个小时时停止并继续维持所述加热温度，直至所述热解氮化硼坩埚3内的砷化镓单晶与其分离。

参考图1可知，在脱埚操作的过程中，为了能够实现加热和超声波的良好配合，达到良好的脱埚效果，可以先将有机溶剂4加热至上述温度范围内，例如加热至50°，并使该加热温度维持1.5个小时，使单晶棒与热解氮化硼坩埚3在加热的有机溶剂4中进行初步分离反应。当有机溶剂4的加热温度已经保持稳定，再在该加热温度下向有机溶剂4中导入超声波，并将导入超声波的操作维持1个小时。1小时后停止向有机溶剂4中导入超声波，此时继续维持原有的加热温度，使单晶棒与热解氮化硼坩埚3在加热的有机溶剂4中继续进行充分的分离反应。

这样能够使热解氮化硼坩埚3浸泡在有机溶剂4内后，通过加热有机溶剂4使热解氮化硼坩埚3和单晶棒之间形成初步的分离反应，当有机溶剂4温度稳定后再向有机溶剂4内导入超声波，可以提高超声波作用的超声分离效果，与加热操作之间形成良好的配合作用，提高脱埚效率。

由于在实际生长中，每一根单晶棒的生长均不同，所以单晶棒与热解氮化硼坩埚3分离的难易程度也不同。比如热解氮化硼坩埚3是重复利用的，若a单晶棒用的是坩埚的第一次，而b单晶棒可能用的就是坩埚的第5次。热解氮化硼坩埚3每使用一次，表面均会有一定的损伤。这样a单晶棒和b单晶棒的脱埚时间就不一样，此时a单晶棒的分离就会更加顺利，分离时间短。

另外由于单晶棒的用料不同，也会造成分离的难易程度不同。例如第一次使用纯净料，就会便于脱埚。而使用复拉料，也就是使用反复使用过的料，脱埚就会相对困难。

由此可知，针对不同的情况，热解氮化硼坩埚和砷化镓单晶之间的分离就会具有差异。

一般情况下，当超声波停止导入后并继续维持原有加热温度4个小时，便可以观察单晶棒与热解氮化硼坩埚3之间是否分离，若分离便可以直接将单晶棒取出。

观察方式可以将热解氮化硼坩埚3微微倾斜，并用橡胶小锤轻轻敲打热解氮化硼坩埚3外壁，若观察到单晶棒微微向外移动，便可以确认二者已分离。此时可以继续敲打热解氮化硼坩埚3的外壁，直到单晶棒从热解氮化硼坩埚3中露出一截，将单晶棒轻轻取出即可。取出的单晶棒可以放置于专用处置盒中，在此便不再赘述。

但是，当超声波停止导入后并继续维持原有加热温度4个小时，若单晶棒与热解氮化硼坩埚3之间并未分离，也可以在该加热温度下向有机溶剂4中导入超声波，并将导入超声波的操作维持1.5个小时，以继续采用加热和超声波结合的方式促使二者加速分离。

具体的，若发现有机溶剂4继续维持原有加热温度4个小时后，单晶棒与热解氮化硼坩埚3之间并未彻底分离，此时还可以再次向有机溶剂4中导入超声波，并将导入超声波的时间维持1.5个小时，1.5小时后停止向有机溶剂4中导入超声波，此时还是继续维持原有的加热温度，使单晶棒与热解氮化硼坩埚3在加热的有机溶剂4中进行分离反应，直到二者分离为止。通过超声波的二次导入，并在二次导入时提高导入时长为1.5个小时，可以提高单晶棒与热解氮化硼坩埚3的分离效率。在此过程中，可以每1.5个小时观察一次二者是否分离。

进一步的，所述甲醇溶剂的浓度在95％以上。所述甲醇溶剂一般可采用工业甲醇，例如浓度为98％、98.5％、99％的甲醇溶剂。优选的，所述甲醇溶剂的浓度为99.5％。

为了更加详细和清楚的对上述分离方法进行介绍，现通过下述实施例进行阐述，并可同时参考图1所示：

实施例1

将待脱埚处理的热解氮化硼坩埚3浸泡在浓度为99.5％的甲醇溶剂中，直至液面没过热解氮化硼坩埚3；

将甲醇溶剂加热到50℃，并将甲醇溶剂的加热温度维持在50℃保持1.5小时；

然后向甲醇溶剂中导入超声波，保持1小时后停止导入超声波；

将甲醇溶剂的温度维持在50℃，4小时后将热解氮化硼坩埚3取出；

微微倾斜热解氮化硼坩埚3，用橡胶小锤轻轻敲打热解氮化硼坩埚3外壁，观察到单晶棒微微向外移动，确认已分离；

继续敲打热解氮化硼坩埚3外壁，直到单晶棒从热解氮化硼坩埚3中露出一截，此时将单晶棒从热解氮化硼坩埚3中轻轻取出；

脱埚完毕，热解氮化硼坩埚3内壁总体平整，有微小瑕疵，经过轻微打磨后继续使用。

该实施例1中的脱埚处理过程包括浸泡、加热、超声波处理以及其他后续操作，共用时10.5小时。

实施例2：

将待脱埚处理的热解氮化硼坩埚3浸泡在浓度为99.5％的甲醇溶剂中，直至液面没过热解氮化硼坩埚3；

将甲醇溶剂加热到50℃，并将甲醇溶剂的加热温度维持在50℃保持1.5小时；

然后向甲醇溶剂中导入超声波，保持1小时后停止导入超声波；

将甲醇溶剂的温度维持在50℃，4小时后将热解氮化硼坩埚3取出，微微倾斜热解氮化硼坩埚3，用橡胶小锤轻轻敲打热解氮化硼坩埚3外壁，观察到单晶棒并没有向外移动；

将热解氮化硼坩埚3继续浸泡在甲醇溶剂中，向甲醇溶剂中导入超声波，保持1.5小时后停止导入超声波；

将热解氮化硼坩埚3取出，检查单晶棒和热解氮化硼坩埚3的分离情况，发现未分离，将热解氮化硼坩埚3继续浸泡在甲醇溶剂中；

继续浸泡1.5小时后将热解氮化硼坩埚3取出，检查单晶棒和热解氮化硼坩埚3的分离情况，用橡胶小锤轻轻敲打，单晶棒微微向外移动，确认已分离；

继续敲打热解氮化硼坩埚3外壁，直到单晶棒从热解氮化硼坩埚3中露出一截，此时将单晶棒从热解氮化硼坩埚3中轻轻取出；

脱埚完毕，热解氮化硼坩埚3内壁总体平整，有两块微小粘连，经过专用铲处理后继续使用。

该实施例2的脱埚处理过程包括浸泡、加热、超声波处理以及其他后续操作，共用时16小时。

在上述的实施例1和实施例2中，分别举例说明了一次脱埚成功和多次脱埚成功所需要的操作步骤，也即根据热解氮化硼坩埚和砷化镓单晶分离的难以程度不同介绍了一次脱埚和多次脱埚的操作步骤。在多次脱埚成功的操作中包括但不限于实施例2所示的步骤，例如在后续维持原有温度进行分离反应的过程中，可以每间隔1.5小时检查一次二者是否分离，以便在二者分离后及时取出热解氮化硼坩埚3。

如图2所示，本发明还提供了一种在所述分离方法中使用的分离装置，其特征在于，包括：

具有清洗内腔2的超声波清洗装置1，以能够在所述清洗内腔2中利用有机溶剂4浸泡待处理的坩埚3；加热器，所述加热器与所述超声波清洗装置1热交换装配，以能够对位于所述清洗内腔2中的有机溶剂4加热。

由于上述分离方法已经在前文详述，在此便不再赘述。基于所述分离方法，所述分离装置能够提供加热与超声波结合的有机溶剂4浸泡环境。

其中，所述超声波清洗装置1具有的清洗内腔2能够用于盛装有机溶剂4，并在有机溶剂4中浸泡热解氮化硼坩埚3。且该超声波清洗装置1本身即具有超声波清洗功能，从而可以直接向清洗内腔2的有机溶剂4中导入超声波。此外，所述加热器能够对清洗内腔2中的有机溶剂4加热，使加热操作和超声波导入的操作均在该超声波清洗装置1内实现。具体的脱埚步骤可以参考前文记载的分离方法，配合该分离装置实现脱埚操作。

需要说明的是，所述加热器可以设置在所述超声波清洗装置1的内部、外部，或者与该超声波清洗装置1分离设置，只要在需要对清洗内腔2中的有机溶剂4时实现加热目的即可，所述加热器的结构形式也可以采用加热丝、加热棒、加热片等，或者采用其他化学或物理原理的加热结构，在此对具体结构不做限定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种从热解氮化硼坩埚中分离砷化镓单晶的分离方法，其特征在于，包括如下步骤：

将待分离的热解氮化硼坩埚和砷化镓单晶浸泡在有机溶剂中，加热所述有机溶剂，然后进行超声处理。

2.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于，所述有机溶剂加热后的加热温度维持在45°到55°之间。

3.根据权利要求2所述的分离方法，其特征在于，所述有机溶剂加热后的加热温度维持在50°。

4.根据权利要求2所述的分离方法，其特征在于，将所述有机溶剂加热至所述加热温度，加热1.5个小时后在所述加热温度下向所述有机溶剂导入超声波；

导入时间达到1个小时时停止并继续维持所述加热温度；

超声波停止导入时间达到4个小时，若二者分离，停止加热；若二者未分离，在所述加热温度下再次向所述有机溶剂导入超声波，导入时间达到1.5个小时时停止并继续维持所述加热温度，直至所述热解氮化硼坩埚内的砷化镓单晶与其分离。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的分离方法，其特征在于，所述有机溶剂为甲醇溶剂和乙醇溶剂中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的分离方法，其特征在于，所述甲醇溶剂的浓度在95％以上。

7.根据权利要求6所述的分离方法，其特征在于，所述甲醇溶剂的浓度为99.5％。

8.一种在如权利要求1-7中任一项所述的分离方法中使用的分离装置，其特征在于，包括：

具有清洗内腔的超声波清洗装置，以能够在所述清洗内腔中利用有机溶剂浸泡待处理的热解氮化硼坩埚；

加热器，所述加热器与所述超声波清洗装置热交换装配，以能够对位于所述清洗内腔中的有机溶剂加热。