CN117737821A - 一种降低磷化铟晶体缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

一种降低磷化铟晶体缺陷的方法，属于晶体制备技术领域，本发明在晶体生长完成后，在氧化硼临近凝固时，降低炉体内的压力和温度，随着压力的降低，氧化硼中的气体分子聚集成的小气泡体积会逐渐变大并被包裹在氧化硼中，发泡后的氧化硼与晶体接触面积变小，与晶体的结合力也随之减小；另外，呈孔洞状态的氧化硼自身强度较低，与晶体接触部分体现出了一定的退让性，弱化了氧化硼凝固对晶体造成的影响，杜绝了晶体被扒裂的情况。

Description

一种降低磷化铟晶体缺陷的方法

技术领域

本发明属于晶体制备技术领域，具体为一种降低磷化铟晶体缺陷的方法。

背景技术

熔体法制备磷化铟单晶时，需要有氧化硼作为覆盖剂对熔体进行覆盖，一方面防止材料离解，同时可以防止杂质进入熔体，同时可稍许控制熔体的温度波动。

氧化硼在晶体凝固及降温过程起到了保温作用，但是氧化硼凝固时，会对接触的晶体内部产生很大的应力，甚至导致晶体直接断裂。

在实际工作中，发明人采取了在系统降温、晶体退火前，将氧化硼移除的技术手段，取得了良好的技术效果，但这种方式需要对晶体制备装置做较大的改动。

发明内容

为了在现有技术手段的基础上，弱化覆盖剂凝固对晶体造成的影响，提出了本发明。

本发明采用以下技术方案以实现发明目的：一种降低磷化铟晶体缺陷的方法，包括以下步骤：

步骤1：将磷化铟多晶料、固体氧化硼放置在坩埚中，将籽晶安装至籽晶杆上；

步骤2：给炉体抽真空，然后充入惰性气体；

步骤3：通过多段加热器给坩埚加热，磷化铟多晶料、固体氧化硼形成熔体和液态氧化硼；

步骤4：下降籽晶杆，籽晶与熔体接触；调节多段加热器，使熔体自坩埚底部到熔体表面获得0.5 -50℃/cm的温度梯度；

逐渐降低熔体的整体温度直至籽晶上长出磷化铟晶体；

步骤5：当磷化铟晶体生长完成时，通多段加热器给坩埚降温；

步骤6：坩埚的温度降至325－450°C时，炉体内部降压，氧化硼起泡；

步骤7：持续降温和降压，至室温和环境压力；

步骤8：拆炉，取出磷化铟晶体。

进一步的，步骤7中，降温速率100℃/h，降压速率1~3MPa/h。

在晶体生长完成后，在氧化硼临近凝固时，同时降低炉体内的压力和温度，随着压力的降低，氧化硼中的气体分子聚集成的小气泡体积会逐渐变大，随着温度的降低，氧化硼逐渐凝固，气泡被包裹在氧化硼中，发泡后的氧化硼与晶体接触面积变小，与晶体的结合力也随之减小；另外，呈孔洞状态的氧化硼自身强度较低，与晶体接触部分体现出了一定的退让性。

采用本发明提出的方法，发泡后的氧化硼与晶体接触面积变小，与晶体的结合力也随之减小，并且呈孔洞状态的氧化硼自身强度较低，弱化了氧化硼凝固对晶体造成的影响，杜绝了晶体被扒裂的情况；不用对现有设备做改动，易推广应用。

附图说明

图1为装炉后的设备示意图，

图2为晶体生长状态示意图，

图3为晶体长成时的状态示意图，

图4为没有发泡的氧化硼的截面照片，

图5为发泡的氧化硼的截面照片。

其中，1：炉体，2：籽晶杆，3：固体氧化硼，4：磷化铟多晶料，5：第一加热器，6：第二加热器，7：第三加热器，8：下加热器，9：坩埚，10：籽晶，11：熔体，12：磷化铟晶体，13：液态氧化硼，14：第一热电偶；15：第二热电偶；16：第三热电偶；17：充放气管道；18：压力表；19：观察棒。

具体实施方式

本发明提出了一种降低磷化铟晶体缺陷的方法，为了方便描述本发明提出的方法，在实施例中还提出了实现该方法的设备，如图1所示。

需要说明的是，说明书和附图中涉及的设备只是为了方便说明本发明的方法，并不对本申请构成限制。

下面以具体实施例对本发明所做进一步说明。

步骤1：装炉，将磷化铟多晶料4、固体氧化硼3放置在坩埚9中，将籽晶10安装至籽晶杆2上，将观察棒19安装在炉体1上，装炉后的设备状态如图1所示。

步骤2：通过充放气管道17给炉体1抽真空至10^-5Pa-10Pa，然后充入惰性气体至2.8-5MPa。

步骤3：通过第一加热器5、第二加热器6、第三加热器7和下加热器8给坩埚9加热，磷化铟多晶料4、固体氧化硼3形成熔体11和液态氧化硼13。

步骤4：下降籽晶杆2，使得籽晶10与熔体11接触，调节第一加热器5、第二加热器6、第三加热器7和下加热器8，使得熔体11自坩埚9底部到熔体11表面获得0.5 -50℃/cm的温度梯度。

逐渐降低熔体11的整体温度直至籽晶10上长出磷化铟晶体12，如图2所示。

通过第一热电偶14、第一热电偶15和第三热电偶16的显示值反馈进行温度梯度调控。

降温过程中，温度梯度保持不变。

晶体生长过程中，保持磷化铟晶体12被液态氧化硼13覆盖。

步骤5：当磷化铟晶体12生长完成时，如图3所示，通过第一加热器5、第二加热器6、第三加热器7和下加热器8给坩埚9降温。

如果持续降温，氧化硼的凝固会对接触的晶体内部产生很大的应力，增加晶体的缺陷，甚至可能造成晶体直接断裂。

本实施例中，步骤6：坩埚9的温度降至325－450°C时，通过充放气管道17给炉体1内部降压，氧化硼起泡。

步骤7：持续降温和降压，降温速率100℃/h，降压速率1~3MPa/h，至室温和环境压力。

步骤8：拆炉，取出磷化铟晶体12。

制备磷化铟需要在高温高压环境下制备。高压环境下，液态氧化硼中会溶解有惰性气体和磷气体分子。

泄放压力，如果氧化硼处于液态，氧化硼中溶解的气体分子会膨胀，可能会逃逸出氧化硼；如果氧化硼处于固态，气泡会限制在氧化硼内部，氧化硼内部结构和体积不发生变化。

氧化硼是玻璃体，没有固定的熔点，随着温度的降低而愈加粘稠，在325－450 °C范围时，以较为软的玻璃体存在。

本发明在325－450°C时泄放坩埚内部压力，此时氧化硼为粘稠的玻璃体，氧化硼中的气体会膨胀，气泡变大，且大多数气泡不会破裂造成气体逃逸；由于降温、降压速度较快，降温速率100℃/h，降压速率1~3MPa/h，氧化硼较快速度凝固，将气泡保留在氧化硼内部。

晶体在500度以下，就不会发生离解，本申请在450℃以下泄放压力，不会影响晶体的质量。

氧化硼所处的环境是上面凉下面热。鼓泡后，气泡边缘稀薄，散热更好，因此固化速率加快，将气泡包裹，形成发泡状态。随着压力的降低，氧化硼中的气泡逐渐变大；随着温度的降低，氧化硼温度也逐渐降低，实现氧化硼中的逐层发泡和凝固。

本发明利用氧化硼的性质，在温度降至325－450 °C时，泄放系统压力，同时持续降温，氧化硼内部的气泡膨胀。

发泡后的氧化硼与晶体的接触面上会有气体膨胀发泡而形成的坑洼，与晶体接触面积变小，与晶体的结合力也随之减小；另一方面，呈孔洞状态的氧化硼自身强度较低，与晶体接触部分体现出了一定的退让性。

参看图4，未发泡的氧化硼结构紧实，边缘齐整；经本申请的方法处理的发泡后的氧化硼，参看图5，内部有大量的气泡，且边缘由于气泡破裂呈不规则状。

实验表明，氧化硼发泡后，与晶体的接触面积减小到原来的1/3；经本发明提出的方法处理后的氧化硼强度为原来的1/5至1/3。

以上两个因素弱化了氧化硼凝固对晶体造成的影响。实际生产中，未发泡的氧化硼经常出现将晶体扒裂成碎块的情况，采用本发明提出的方法，晶体没有被扒裂。

Claims (2)

1.一种降低磷化铟晶体缺陷的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：将磷化铟多晶料（4）、固体氧化硼（3）放置在坩埚（9）中，将籽晶（10）安装至籽晶杆（2）上；

步骤2：给炉体（1）抽真空，然后充入惰性气体；

步骤3：通过多段加热器给坩埚（9）加热，磷化铟多晶料（4）、固体氧化硼（3）形成熔体（11）和液态氧化硼（13）；

步骤4：下降籽晶杆（2），籽晶（10）与熔体（11）接触；调节多段加热器，使熔体（11）自坩埚（9）底部到熔体（11）表面获得0.5 -50℃/cm的温度梯度；

逐渐降低熔体（11）的整体温度直至籽晶（10）上长出磷化铟晶体（12）；

步骤5：当磷化铟晶体（12）生长完成时，通多段加热器给坩埚（9）降温；

步骤6：坩埚（9）的温度降至325－450°C时，炉体（1）内部降压，氧化硼起泡；

步骤7：持续降温和降压，至室温和环境压力；

步骤8：拆炉，取出磷化铟晶体（12）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤7中，降温速率100℃/h，降压速率1~3MPa/h。