CN113430648B - 一种利用全回料生长磷化铟单晶的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用全回料生长磷化铟单晶的工艺，涉及晶体生长技术领域。本发明的一种利用全回料生长磷化铟单晶的工艺，所述工艺是将回料进行筛分、加工分段得到圆饼料、锥形料和边角料，然后根据原料种类选择相应的装料的方式进行装料，装料完成后，真空封管，进行长晶。本发明的一种利用全回料生长磷化铟单晶的工艺，在后续单晶生长工艺不变的情况下，使用全回料长晶，和现有的长晶工艺相比，成晶率有一定提升，同时减少了回料库存，大大的降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及晶体生长技术领域，尤其涉及一种利用全回料生长磷化铟单晶的工艺。
背景技术
磷化铟(InP)是重要的III-V族化合物半导体材料之一，是继硅、砷化镓之后的新一代电子功能材料。随着当前光纤通信和高速电子器件以及高效太阳能电池的快速发展，InP的一系列优越特性得以发挥，也引起人们越来越多的关注。现在主流的磷化铟单晶生长方法是VGF(垂直梯度凝固法)或VB(垂直布里奇曼法)，它的优点是可以稳定的生长低位错晶体、适用于大规模生产，缺点也很明显，生长速率慢，长晶过程中难以观察，受外界温场、压力、杂质等影响因素较大，且磷化铟在熔点温度为1335±7K时，磷的离解压为27.5MPa,这些情况导致单晶成晶率低，一般只有30％左右，剩余的70％在加工后作为单晶回料闲置。
在现有的磷化铟单晶制备工艺中，为了将回料进行利用，会将回料和多晶料按照1:5以内的质量比进行混合，相当于每管只能使用17％的回料，会造成回料越积越多，成本的闲置浪费，而多晶料消耗过多不够使用，影响大规模化生产。因此，如果能设计一种全回料的磷化铟单晶长晶工艺，不仅解决了浪费的为题，并且能够极大的控制生产成本。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于公开一种利用全回料生长磷化铟单晶的工艺，在后续单晶生长工艺不变的情况下，使用全回料长晶，和现有的长晶工艺相比，成晶率有一定提升，同时减少了回料库存，大大的降低了我们的生产成本。
具体的，本发明的一种利用全回料生长磷化铟单晶的工艺，所述工艺是将回料进行筛分、加工分段得到圆饼料、锥形料和边角料，然后根据原料种类选择相应的装料的方式进行装料，装料完成后，真空封管，进行长晶。
进一步，所述圆饼料包括薄圆饼料和厚圆饼料。
进一步，所述回料的筛分、加工分段具体操作为：将回料进行筛分，选出全料、边角料和薄圆饼料，将全料的锥形段和直筒段进行切割，再将直筒段远离锥形段的一端切除1-2mm，得到厚圆饼料，将锥形料进行切割得到锥台料和小头。
进一步，装料步骤具体操作为：
S1：在厚圆饼料以及厚度超过30mm的薄圆饼料的中间位置，于相对称的两个位置开设两个盲孔，在两个所述盲孔内均填充上掺杂剂；
S2：在坩埚的籽晶腔内放入籽晶，并用BN棒固定；
S3：将锥台料放入坩埚内，然后再放入红磷和氧化硼，再放入薄圆饼料或厚圆饼料；
或将小头放入坩埚内，然后放入氧化硼和红磷，再放入边角料，最后放入厚圆饼料。
进一步，所述掺杂剂的质量为相对应的厚圆饼料或薄圆饼料的质量的0.01％。
进一步，在装料之前，还包括清洗步骤包括打磨清洗、化学清洗、超声清洗、脱水工序。
进一步，所述清洗步骤具体为：
打磨清洗：用砂纸打磨掉回料上的PBN坩埚碎片、胶条、棱角，至手指触摸边角不划手，然后用去离子水干净；
化学清洗：将清洗干净的回料，于酸溶液中浸泡10min，用去离子水冲洗赶紧后于碱混合液中浸泡2h，捞出用去离子水反复冲洗3次；
超声清洗：化学清洗完成后的物料，于频率为40KHz的超声条件下，用去离子水进行超声波振洗0.5～1h，然后注水溢流1分钟再从底部放干水，再重新注满去离子水，重复超声振洗3次；
脱水：超声振洗结束后用去离子水冲洗回料表面、缝隙、孔洞，并喷洒UP级无水乙醇脱水，放入超洁净工作台风干。
进一步，所述酸溶液为硝酸和去离子水混合液，硝酸和去离子的体积比为1:5。
进一步，所述碱混合溶液为氨水和双氧水的混合液，所述氨水和双氧水的体积比为1:3。
本发明的有益效果：
1、本发明公开了一种利用全回料生长磷化铟单晶的工艺，在后续单晶生长工艺不变的情况下，使用全回料长晶，和现有的长晶工艺相比，成晶率有一定提升，同时减少了回料库存，大大的降低了生产成本。
2、本发明的一种利用全回料生长磷化铟单晶的工艺，使用全回料长晶，还可以减少杂质对长晶过程带来的影响，提高成晶率，且由于长晶的过程中，掺杂剂的熔点一般都高于磷化铟的熔点，一般都是靠气氛扩散掺杂，掺杂剂多少能进入磷化铟熔体中很不好控制，而回料是已经含有部分掺杂剂，因此使用全回料还可以适当减少掺杂剂量，提高磷化铟晶体的电性能参数，不仅提高了质量，还节约了成本。
附图说明
图1是实施例装料后坩埚内物料各位置的示意图一；
图2是实施例装料后坩埚内物料各位置的示意图二；
其中，边角料1、薄圆饼料2、厚圆饼料3、锥台料4、小头5、盲孔6、坩埚7、籽晶8、BN棒9、红磷10、氧化硼11。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
本发明的一种利用全回料生长磷化铟单晶的工艺，所述工艺是将回料进行筛分、加工分段得到圆饼料、锥形料和边角料，然后根据原料种类选择相应的装料的方式进行装料，装料完成后，真空封管，进行长晶。具体如下：
实施例
回料的筛分、加工分段
将回料进行筛分，选出全料、边角料1和薄圆饼料2，全料是整个晶棒都没有成单晶的回料，边角料1是晶棒有部分长成单晶，加工后剩余的，无固定形状的回料，薄圆饼料2是晶棒有部分长成单晶，加工后剩下的呈圆饼状的回料，将全料的锥形段和直筒段进行切割，再将直筒段远离锥形段的一端切除1-2mm，得到厚圆饼料3，将锥形料进行切割得到锥台料4和小头5，小头5的底部直径尺寸为5～10mm，厚尺寸为15～25mm，上部直径尺寸为25～35mm，在长晶过程中，富磷或富铟等杂质会慢慢凝固在晶棒尾部上，因此将直筒段尾部料切除，从而提高了回料的纯度。
清洗
打磨清洗：用砂纸打磨掉回料上的PBN坩埚碎片、胶条、棱角，至手指触摸边角不划手，防止装料时划伤坩埚内表面的氧化层，然后用去离子水冲洗干净，洗掉打磨后的杂质和残留物。
化学清洗：将清洗干净的回料，于UP级硝酸和去离子水按照1:5的体积比混合后制得的酸溶液中浸泡10min，用去离子水冲洗干净后于氨水和双氧水按照1:3的体积比混匀后制得的碱混合液中浸泡2h，捞出用去离子水反复冲洗3次，通过酸洗和碱洗反应掉磷化铟回料表面的磷、铟或其氧化物，进一步提高回料的纯度。
超声清洗：化学清洗完成后的物料，于频率为40KHz的超声条件下，用去离子水进行超声波振洗0.5～1h，然后注水溢流1min将表面漂浮的杂质去除，再从底部放干水，重新注满去离子水后，重复超声振洗3次，分离出回料表面、缝隙、孔洞中的细颗粒杂质并排走。
脱水：超声振洗结束后用去离子水冲洗回料表面、缝隙、孔洞，并喷洒UP级无水乙醇脱水，放入超洁净工作台风干，控制物料水分。
装料
S1：在厚圆饼料3以及厚度超过30mm的薄圆饼料2的中间位置，于相对称的两个位置开设两个盲孔6，在两个所述盲孔6内均填充上掺杂剂，掺杂剂的质量为相对应的厚圆饼料3或薄圆饼料2的质量的0.01％。
S2：在坩埚7的籽晶腔内放入籽晶8，并用BN棒9固定。
S4：将锥台料4放入坩埚7内，然后再放入红磷10和氧化硼11，再放入薄圆饼料2或厚圆饼料3；
或将小头5放入坩埚7内，然后放入氧化硼11和红磷10，再放入边角料1，最后放入厚圆饼料3。回料的总质量和红磷、氧化硼的质量比按照常规的长晶的比例即可。
将装料完成的PBN坩埚7装入石英管内，管口放入石英帽，在再用氢氧焰将石英管和石英帽焊接在一起，保证石英管内的真空度，焊好的石英管可以放入单晶炉内，按照常规的方式进行长单晶即可。
将实施例制备得到晶棒，进行测试，同时以现有的方法制备得到的晶棒，即将回料和多晶料按照1:5的质量比混合作为原料进行长晶，作为对比，测试结果如表1所示：
表1
从表1中数据可以看出，本发明的全回料晶棒的载流子浓度均匀性更好，EPD更低，成晶率也有一定的提高，可以证明，本发明的全回料长晶工艺不仅能够将回料充分利用，同时还能够在一定程度上得到质量更好的晶棒。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (6)
1.一种利用全回料生长磷化铟单晶的工艺，其特征在于，所述工艺是将回料进行筛分、加工分段得到圆饼料、锥形料和边角料，然后根据原料种类选择相应的装料的方式进行装料，装料完成后，真空封管，进行长晶；所述圆饼料包括薄圆饼料和厚圆饼料；所述回料的筛分、加工分段具体操作为：将回料进行筛分，选出全料、边角料和薄圆饼料，将全料的锥形段和直筒段进行切割，再将直筒段远离锥形段的一端切除1-2mm，得到厚圆饼料，将锥形料进行切割得到锥台料和小头；
装料步骤具体操作为：
S1：在厚圆饼料以及厚度超过30mm的薄圆饼料的中间位置，于相对称的两个位置开设两个盲孔，在两个所述盲孔内均填充上掺杂剂；
S2：在坩埚的籽晶腔内放入籽晶，并用BN棒固定；
S3：将锥台料放入坩埚内，然后放入红磷和氧化硼，再放入薄圆饼料或厚圆饼料；
或将小头放入坩埚内，然后放入氧化硼和红磷，再放入边角料，最后放入厚圆饼料。
2.根据权利要求1所述的一种利用全回料生长磷化铟单晶的工艺，其特征在于，所述掺杂剂的质量为相对应的厚圆饼料或薄圆饼料的质量的0.01％。
3.根据权利要求2所述的一种利用全回料生长磷化铟单晶的工艺，其特征在于，在装料之前，还包括清洗步骤包括打磨清洗、化学清洗、超声清洗、脱水工序。
4.根据权利要求3所述的一种利用全回料生长磷化铟单晶的工艺，其特征在于，所述清洗步骤具体为：
打磨清洗：用砂纸打磨掉回料上的PBN坩埚碎片、胶条、棱角，至手指触摸边角不划手，然后用去离子水干净；
化学清洗：将清洗干净的回料，于酸溶液中浸泡10min，用去离子水冲洗赶紧后于碱混合液中浸泡2h，捞出用去离子水反复冲洗3次；
超声清洗：化学清洗完成后的物料，于频率为40KHz的超声条件下，用去离子水进行超声波振洗0.5～1h，然后注水溢流1分钟再从底部放干水，再重新注满去离子水，重复超声振洗3次；
脱水：超声振洗结束后用去离子水冲洗回料表面、缝隙、孔洞，并喷洒UP级无水乙醇脱水，放入超洁净工作台风干。
5.根据权利要求4所述的一种利用全回料生长磷化铟单晶的工艺，其特征在于，所述酸溶液为硝酸和去离子水混合液，硝酸和去离子的体积比为1:5。
6.根据权利要求5所述的一种利用全回料生长磷化铟单晶的工艺，其特征在于，所述碱混合溶液为氨水和双氧水的混合液，所述氨水和双氧水的体积比为1:3。
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