CS217546B1 - Způsob syntézy arsenidu gallia - Google Patents

Abstract

Vynález se týká způsobu syntézy arsenidu gallia se zamezením vzniku izolační vrstvy na povrchu gallia, působením par arsenu po dobu 12 hodin až 10 dní na roztavené galiium v hermeticky uzavřeném prostoru, při teplotě v rozmezí 700 až 1 000 °C a tlaku 0,001 až 0,1 Pa, při kterém se před počátkem syntézy přidá do reakčního prostoru 0,1 až 10 mg jodidu gallia, počítáno na cnP reakčního prostoru.

Description

Vynález se týká způsobu syntézy arsenidu gallia z arsenu a gallia přenosem arsenu v plynné fázi. Syntéza arsenidu gallia, která je známa v současné světové technice, je prováděna při relativně vysokých teplotách nad 1 250 °C, protože vznikající arsenid gallia se musí roztavit a zhomogenizovat. Je to způsob energeticky velmi náročný a technologicky složitý, při kterém může dojít k úniku par arsenu a k ohrožení zdraví pracujících.

Mimoto je nutno počítat s možností exploze, k níž dojde při náhlém snížení teploty taveniny tím, že z taveniny se prudce uvolní péry arsenu (Gremmelmaier R.: Preparation of single crystals of InAs and GaAs, Z. Naturforsoh., 11 A /1956/ 511).

Je také známa metoda, při které se roztavený arsenid gallia pokryje vrstvou roztaveného kysličníku boritého a do gallia se uvádí arsen při teplotě nad 1 250 °C. Tento způsob však přináší komplikace při přípravě potřebného, úplně bezvodého kysličníku boritého a se zaváděním par pod roztavenou vrstvu kysličníku boritého při současném intenzívním míchání celou taveninou (L. Pekárek: Czech. J. Phys. B 20 /1970/ 857). Syntéza se musí provádět v nerezavém tlakovém kotli, což vyžaduje složitou a nákladnou aparaturu; proces musí mít stabilizovaný vysokofrekvenční ohřev a je energeticky náročný.

Dále jsou známy pokusy o syntézu arsenidu gallia při nižších teplotách v uzavřené soustavě, kde se na gallium zahřáté na teplotu pod bodem tání arsenidu gallia v rozmezí 800 až 1 100 °C působí parami arsenu za tlaku 1.10^ až 9.10^ Pa. Postup je podstatně jednodušší a výhodnější, má však nevýhodu, že se samovolně zastavuje již po vzniku tenké vrstvy arsenidu gallia na hladině gallia. Protože rychlost difúze arsenu vrstvou arsenidu gallia je zcela zanedbatelné, reakce již dále neprobíhá. Teprve až po obnovení hladiny gallia například po usazení, ve skutečnosti velice pomalém, arsenidu gallia na chladnějším místě reakčního prostoru, reakce může pokračovat. Proces je proto neúnosně zdlouhavý, a tedy technicky i ekonomicky nevýhodný. (P. D. Greene: J. of Crystal Growth 50 /1980/

612).

Ukázalo se proto jako potřebné, aby byla vyřešena metoda práce, která nebude mít nevýhody dosud známých postupů, zejména která zamezí anebo alespoň podstatně omezí vznik izolační vrstvy arsenidu gallia.

Uvedené cíle jsou dosaženy způsobem syntézy arsenidu gallia podle vynálezu se zamezením vzniku izolační vrstvy na povrchu gallia, při kterém se parami arsenidu působí po 12 hodin až 10 dní na roztavené gallium v hermeticky uzavřeném prostoru, při teplotě v rozmezí 700 až 1 000 °C a při tlaku 0,001 až 0,1 Pa. Podstatou vynálezu je pracovní postup, při kterém se před počátkem syntézy přidá do reakčního prostoru 0,1 až 10 mg jodidu gallia, počítáno na cm³ reakčního prostoru.

Výhodou vynálezu je, že přidé-li se za výše uvedených pracovních podmínek do reakčního prostoru pomocný prostředek pro přenos reakčních složek, jako je jodid gallia, arsenid gallia vznikající při reakci je transportován z teplejší strany reakčního prostoru, v níž je umístěno gallium a které je místem syntézy, na chladnější konec reakčního prostoru, i přičemž arsen se neustále odpařuje a přechází na teplejší stranu tak dlouho, až zásoby obou výchozích reakčních látek jsou spotřebovány a na chladnějším konci reakčního prostoru je vytvořen kompaktní stechiometrický arsenid gallia.

Příklad postupu podle tohoto vynálezu je znázorněn na přiložených výkresech. Reakční prostor lze uspořádat v horizontální nebo vertikální rovině (viz obr. 1 a 2). Na obr. 3 a 4 jsou graficky zobrazeny příslušné gradienty teploty t (°C) v závislosti na délce 1 ampule.

V peci 1 se umístí ampule 2 ^z křemenného skla, ve které jsou na protilehlých koncích umístěny křemenné nebo keramické nádobky J, 6, přičemž nádobka J obsahující arsen 4 ^se nachází v místě s nižší teplotou a nádobka 6 obsahující gallium 2 je v místě teplejším.

Zhruba ve středu ampule 2 dochází k ukládání arsenidu gallia. Po vložení gallia g do nádobky 6 a arsenu í do nádobky g a po zasunutí nádobek do ampule 2 se v ampuli sníží tlak na hodnotu 0,1 Pa a ampule se zahřívá po dobu cca 1 hodiny na teplotu přibližně 300 °C Po vychladnutí ampule 2 se do ní rychle vloží 3 mg jodidu gallia (GaJ,), počítáno na je1 o den cm reakčního prostoru, a znovu se tlak sníží na hodnotu 0,1 Pa. Po zastaveni se ampule g vsune do pece g, kde na straně gallia je teplota 700 až 1 000 °C a na straně arsenu 550 až 650 °C. V ampuli 2 P®k proběhnou tyto úkazy: (a) syntéza arsenidu gallia z gallia a arsenu, při které vznikající arsenid gallia zůstává na povrchu roztaveného gallia;

(b) přenos vznikajícího arsenidu gallia vlivem pomocného prostředku pro přenos reakčních složek na poněkud chladnější místo ampule 2· Tim ^se povrch gallia neustále obnovuje a je schopen dále reagovat s arsenem.

Řídicím dějem celého procesu je rychlost, s jakou gallium reaguje s arsenem. Syntéza a transport arsenidu gallia pokračuje pak až do vyčerpání jednotlivých výchozích složek. Podle množství vsázky proces'trvá 12 hodin až 10 dni. Po ukončení reakce se ampule otevře a arsenid gallia se vyjme.

Výhody tohoto řešení jsou zřejmé z následujících příkladů provedení, které objasňují podstatu vynálezu, aniž by ho jakýmkoliv způsobem omezovaly.

Přikladl

Ve spodní části ampule 2 ^se umísti nádobka 6 obsahující gallium g a v horní části ampule se upevní nádobka g s odpovídajícím stechiometrickým množstvím arsenu 4. Ampule 2 se pak vyhřeje na teplotu cca 300 °C za současného snížení tlaku na hodnotu 0,1 Pa, a po vychladnutí se na každý cm^ obsahu ampule 2 přidají 1 mg jodidu gallia GaJ. a dále se sníží tlak na 0,01 Pa. Ampule 2 se pak umístí do vertikální pece, kde teplota na straně gallia je 800 °C a na straně arsenu 550 °C. Po sedmi dnech se teplota v peci sníží na cca 300 °C a ampule 2 ^se vysune, po schladnutí se otevře a vytvořený arsenid gallia se vyjme.

Příklad 2

Do ampule 2 se vloží nádobka obsahující gallium g a nádobka s odpovídajícím stechiometrickým množstvím arsenu 4. Ampule 2 se vyhřeje na teplotu asi 300 °C za současného snížení tlaku na hodnotu 0,1 Pa, a po vychladnutí se na každý cm^ obsahu ampule přidají 3 mg jodidu gallia, a dále se pokračuje v čerpání na snížený tlak 0,1 Pa. Ampule 2 se pak umístí do horizontální pece g, kde na straně gallia je teplota 1 000 °C a na straně arsenu 650 °C. Po pěti dnech se teplota v peci sníží na 300 °C a ampule 2 se vyjme, po schladnutí se otevře a vzniklý arsenid gallia se vybere.

Postup podle vynálezu je možno využít na všech pracovištích, kde se připravuje arsenid gallia.

Claims (1)

1. Způsob syntézy arsenidu gallia se zamezením vzniku izolační vrstvy na povrchu gallia, působením par arsenu po 12 hodin až 10 dní na roztavené gallium v hermeticky uzavřeném prostoru, při teplotě v rozmez! 700 až 1 000 °C a tlaku 0,001 až 0,1 Pa, vyznačený tím, že před počátkem syntézy se do reakčního prostoru přidá 0,1 až 10 mg jodidu gallia, počítáno na cm^ reakčního prostorue