專(zhuān)利名稱(chēng)：磷化鎵多晶鑄錠的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磷化鎵多晶鑄錠的方法
背景技術(shù)：
磷化鎵多晶合成系采用射頻區(qū)熔的方法。在高溫高壓下使磷、鎵原子按比例在熔 區(qū)中合成磷化鎵，通過(guò)移動(dòng)熔區(qū)的方法使磷化鎵多晶從晶錠頭部析出。由于鎵在空氣中表 面極易形成氧化膜，在合成出的多晶中不可避免的夾雜有鎵的氧化物；同時(shí)，獲得的多晶錠 在尾部有富鎵的部分。具有上述兩個(gè)問(wèn)題的多晶在單晶拉制中極易使熔體表面布滿(mǎn)鎵的氧 化物，嚴(yán)重干擾單晶生長(zhǎng)；并且富鎵熔體也不利于磷化鎵單晶的正常生長(zhǎng)。為了提高單晶的 成晶率，有必要采取措施解決以上問(wèn)題。增加拉晶前的磷化鎵多晶鑄錠程序，不失為一種好 的辦法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種磷化鎵多晶鑄錠的方法，該方法將經(jīng)過(guò)表面凈化處理的 磷化鎵多晶在高溫高壓條件下集中熔化，熔化過(guò)程中由于鎵的氧化物相對(duì)于熔體較輕將最 終漂浮于熔體表面，熔體凝固后易于去除。而熔體中的富鎵則通過(guò)熔體定向凝固結(jié)晶分凝 至晶錠表面，易于去除，用這種方法可大大降低多晶料中鎵的氧化物的含量，去除料中多余 的鎵，得到透明、致密的適合于磷化鎵單晶生長(zhǎng)的多晶錠。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案這種磷化鎵多晶鑄錠方法包括以下步驟(1)將合成好的磷化鎵多晶料放入石英容器內(nèi)，加入5 1-1 1王水(鹽酸與硝 酸的體積比)至完全沒(méi)過(guò)合成料，加熱去除表面的氧化物雜質(zhì)，用去離子水沖凈，再用去離 子水將料煮沸，拿出烘干備用；(2)將(1)中多晶料砸碎成小塊，放入破碎成小塊的覆蓋劑氧化硼；(3)將坩堝放入高壓?jiǎn)尉t內(nèi)，密封爐體，抽真空，爐體內(nèi)絕對(duì)壓力P在 0 Z P Z 300帕之間；(4)向爐內(nèi)沖入氮?dú)鈾z查爐體密封性；(5)用功率控制方法升溫，速度為0. 2-0. 4kff/min (即每分鐘功率增加 0. 2-0. 4kff)，待升到料化溫度時(shí)，改為溫度控制；(6)用溫度控制方法繼續(xù)升溫至合成料全部化完，控制坩堝在3-10分鐘內(nèi)均勻 的加速到25r/min ；保持時(shí)間為140-180分鐘；(7)將堝轉(zhuǎn)勻速地降至0，用溫度控制方法逐步降溫，至800 900度時(shí)緩慢放掉 爐體內(nèi)氣體，使覆蓋劑發(fā)泡后，再繼續(xù)降溫至常溫；(8)將鑄錠料從爐體內(nèi)取出，去掉上面的覆蓋劑氧化硼；(9)將鑄錠好的磷化鎵多晶料放入石英容器內(nèi)，加入1 1-5 1王水至完全沒(méi) 過(guò)鑄錠料，加熱去除表面的雜質(zhì)及富鎵，用去離子水沖凈，再用去離子水將鑄錠料煮沸，拿出烘干后以備拉晶使用。所述的多晶料與復(fù)蓋劑的重量比為40 55 5 7。所述的爐內(nèi)氮?dú)獾膲毫?. 5-3. 5兆帕。所述的料化溫度為1700—1900°C。所述的再用去離子水將料煮沸的遍數(shù)為5-15遍。用溫度控制方法逐步降溫的降溫速度是用0. 8-1. 0度/分鐘的速率降至1500 度，再用1. 8-2. 5度/分鐘的速率降至800-1000度，緩慢放掉爐體內(nèi)氣體，使覆蓋劑發(fā)泡 后，再繼續(xù)以2. 5-3. 0度/分鐘的速率降至600度，停電再繼續(xù)自然降溫至常溫。進(jìn)行真空脫水是在抽真空狀態(tài)下升溫至1000度將氧化硼內(nèi)水份蒸發(fā)排出。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.采用本方法可將多晶料中鎵的氧化物雜質(zhì)的含量降低90%以上2.由于多晶料中析出多余的鎵，使多晶料中化學(xué)原子配比更接近1 1，得到的透 明、致密的多晶錠更加適合磷化鎵單晶生長(zhǎng)3.將單晶成品率由48%提高到62%。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明磷化鎵多晶鑄錠的方法采用設(shè)備為英國(guó)劍橋生產(chǎn)的MR3M型高壓?jiǎn)尉t， 覆蓋劑脫水爐為陜西機(jī)械學(xué)院生產(chǎn)的36爐.下面以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1一、準(zhǔn)備工作1、對(duì)覆蓋劑氧化硼進(jìn)行真空加熱脫水。2、用王水處理石英器皿，并用去離子水清洗干凈。3、將合成好的磷化鎵多晶料放入石英容器內(nèi)，加入3 1王水至完全沒(méi)過(guò)合成料。 加熱去除表面的氧化物等雜質(zhì)，然后直接用去離子水沖凈。再用去離子水將料煮沸10遍， 拿出烘干備用。二、裝料1、將磷化鎵多晶密排在石英坩堝底部，裝料4千克。2、將破碎成小塊的脫完水的覆蓋劑550克放入坩堝。三、裝爐1、將干凈的石英鏡頭裝好，注意鏡頭的對(duì)中，裝好鏡頭套筒。2、將坩堝放入調(diào)整好的堝壁內(nèi)，密封爐體。3、用千分表調(diào)整好坩堝垂直度。四、抽真空用真空泵抽出爐膛內(nèi)的空氣，最后氣壓小于300帕。五、充氣檢漏向爐膛內(nèi)沖入高純氮?dú)?. 0兆帕，檢查爐體密封性。六、升溫1、用功率控制方式升溫，以0. 30kw/min的速率增加功率，升至料化.
2、當(dāng)溫度升至料化時(shí)(1700度-1900度)轉(zhuǎn)為溫度控制方式。七、穩(wěn)料控制坩堝在5分鐘內(nèi)均勻的加速到25r/min。保持140分鐘。讓料充分?jǐn)嚢?。八、降溫將堝轉(zhuǎn)勻速的降至0，用1. 0度/分鐘的速率降至1500度，再用2. 5度/分鐘的速 率降至1000度，緩慢放掉爐體內(nèi)氣體，使覆蓋劑發(fā)泡后，再繼續(xù)以3. 0度/分鐘的速率降至 600度，停電再繼續(xù)自然降溫至常溫。九、出爐將鑄錠料從爐體內(nèi)取出，去掉上面的覆蓋劑氧化硼。十、腐蝕處理將鑄錠好的磷化鎵多晶料放入石英容器內(nèi)，加入3 1王水至完全沒(méi)過(guò)鑄錠料。加 熱去除表面的雜質(zhì)及富鎵，然后直接用去離子水沖凈。再用去離子水將鑄錠料煮沸5遍，拿 出烘干后備拉晶使用。實(shí)施例2一、準(zhǔn)備工作1、對(duì)覆蓋劑氧化硼進(jìn)行真空加熱脫水。2、用王水處理石英器皿，并用去離子水清洗干凈。3、將合成好的磷化鎵多晶料放入石英容器內(nèi)，加入3 1王水至完全沒(méi)過(guò)合成料。 加熱去除表面的氧化物等雜質(zhì)，然后直接用去離子水沖凈。再用去離子水將料煮沸10遍， 拿出烘干備用。二、裝料1、將磷化鎵多晶密排在石英坩堝底部，裝料4. 5千克。2、將破碎成小塊的脫完水的覆蓋劑600克放入坩堝。三、裝爐1、將干凈的石英鏡頭裝好，注意鏡頭的對(duì)中，裝好鏡頭套筒。2、將坩堝放入調(diào)整好的堝壁內(nèi)，密封爐體。3、用千分表調(diào)整好坩堝垂直度。四、抽真空用真空泵抽出爐膛內(nèi)的空氣，最后氣壓小于300帕。五、充氣檢漏向爐膛內(nèi)沖入高純氮?dú)?. 0兆帕，檢查爐體密封性。六、升溫a)用功率控制方式升溫，以0. 25kw/min的速率增加功率，升至料化.b)當(dāng)溫度升至料化時(shí)(1700度-1900度)轉(zhuǎn)為溫度控制方式。七、穩(wěn)料控制坩堝在3分鐘內(nèi)均勻的加速到25r/min。保持150分鐘。讓料充分?jǐn)嚢?。八、降溫將堝轉(zhuǎn)勻速的降至0，用1. 0度/分鐘的速率降至1500度，再用2. 5度/分鐘的速 率降至900度，緩慢放掉爐體內(nèi)氣體，使覆蓋劑發(fā)泡后，再繼續(xù)以3. 0度/分鐘的速率降至600度，停電再繼續(xù)自然降溫至常溫。九、出爐將鑄錠料從爐體內(nèi)取出，去掉上面的覆蓋劑氧化硼。十、腐蝕處理將鑄錠好的磷化鎵多晶料放入石英容器內(nèi)，加入3 1王水至完全沒(méi)過(guò)鑄錠料。加 熱去除表面的雜質(zhì)及富鎵，然后直接用去離子水沖凈。再用去離子水將鑄錠料煮沸10遍， 拿出烘干后備拉晶使用。實(shí)施例3一、準(zhǔn)備工作1、對(duì)覆蓋劑氧化硼進(jìn)行真空加熱脫水。2、用王水處理石英器皿，并用去離子水清洗干凈。3、將合成好的磷化鎵多晶料放入石英容器內(nèi)，加入3 1王水至完全沒(méi)過(guò)合成料。 加熱去除表面的氧化物等雜質(zhì)，然后直接用去離子水沖凈。再用去離子水將料煮沸10遍， 拿出烘干備用。三、裝料1、將磷化鎵多晶密排在石英坩堝底部，裝料5千克。2、將破碎成小塊的脫完水的覆蓋劑620克放入坩堝。四、裝爐1、將干凈的石英鏡頭裝好，注意鏡頭的對(duì)中，裝好鏡頭套筒。2、將坩堝放入調(diào)整好的堝壁內(nèi)，密封爐體。3、用千分表調(diào)整好坩堝垂直度。四、抽真空用真空泵抽出爐膛內(nèi)的空氣，最后氣壓小于300帕。i^一、充氣檢漏向爐膛內(nèi)沖入高純氮?dú)?. 8兆帕，檢查爐體密封性。十二、升溫a)用功率控制方式升溫，以0. 24kw/min的速率增加功率，升至料化.b)當(dāng)溫度升至料化時(shí)(1700度-1900度)轉(zhuǎn)為溫度控制方式。十三、穩(wěn)料控制坩堝在5分鐘內(nèi)均勻的加速到25r/min。保持180分鐘。讓料充分?jǐn)嚢?。十四、降溫將堝轉(zhuǎn)勻速的降至0，用0. 8度/分鐘的速率降至1500度，再用1. 8度/分鐘的速 率降至800度，緩慢放掉爐體內(nèi)氣體，使覆蓋劑發(fā)泡后，再繼續(xù)以2. 5度/分鐘的速率降至 600度，停電再繼續(xù)自然降溫至常溫。十五、出爐將鑄錠料從爐體內(nèi)取出，去掉上面的覆蓋劑氧化硼。十六、腐蝕處理將鑄錠好的磷化鎵多晶料放入石英容器內(nèi)，加入3 1王水至完全沒(méi)過(guò)鑄錠料。加 熱去除表面的雜質(zhì)及富鎵，然后直接用去離子水沖凈。再用去離子水將鑄錠料煮沸10遍，拿出烘干后備拉晶使用。
權(quán)利要求
1.一種磷化鎵多晶鑄錠的方法，其特征在于它包括以下步驟(1)將合成好的磷化鎵多晶料放入石英容器內(nèi)，加入5 1-1 1王水至完全沒(méi)過(guò)合 成料，加熱去除表面的氧化物雜質(zhì)，用去離子水沖凈，再用去離子水將料煮沸，拿出烘干備 用；(2)將(1)中多晶料砸碎成小塊，放入破碎成小塊的覆蓋劑氧化硼；(3)將坩堝放入高壓?jiǎn)尉t內(nèi)，密封爐體，抽真空，爐體內(nèi)壓力P在0Z P Z 300帕之間；(4)向爐內(nèi)沖入氮?dú)鈾z查爐體密封性；(5)用功率控制方法升溫，速度為0.2-0. 4kW/min，待升到料化溫度時(shí)，改為溫度控制；(6)用溫度控制方法繼續(xù)升溫至合成料全部化完，控制坩堝在3-10分鐘內(nèi)均勻的加 速到25r/min ；保持時(shí)間為140-180分鐘；(7)將堝轉(zhuǎn)勻速地降至0，用溫度控制方法逐步降溫，至800 900度時(shí)緩慢放掉爐體 內(nèi)氣體，使覆蓋劑發(fā)泡后，再繼續(xù)降溫至常溫；(8)將鑄錠料從爐體內(nèi)取出，去掉上面的覆蓋劑氧化硼；(9)將鑄錠好的磷化鎵多晶料放入石英容器內(nèi)，加入1 1-5 1王水至完全沒(méi)過(guò)鑄 錠料，加熱去除表面的雜質(zhì)及富鎵，用去離子水沖凈，再用去離子水將鑄錠料煮沸，拿出烘 干后以備拉晶使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磷化鎵多晶鑄錠的方法，其特征在于多晶料與復(fù)蓋劑 的重量比為40 55 5 7。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磷化鎵多晶鑄錠的方法，其特征在于爐內(nèi)氮?dú)獾膲毫?為2. 5-3. 5兆帕。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磷化鎵多晶鑄錠的方法，其特征在于所述的料化溫度 為 1700—1900°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磷化鎵多晶鑄錠的方法，其特征在于再用去離子水將 料煮沸的遍數(shù)為5-15遍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磷化鎵多晶鑄錠的方法，其特征在于用溫度控制方法 逐步降溫的降溫速度是用0. 8-1. 0度/分鐘的速率降至1500度，再用1. 8-2. 5度/分鐘 的速率降至800-1000度，緩慢放掉爐體內(nèi)氣體，使覆蓋劑發(fā)泡后，再繼續(xù)以2. 5-3. 0度/分 鐘的速率降至600度，停電再繼續(xù)自然降溫至常溫。
全文摘要
一種磷化鎵多晶鑄錠的方法，它包括以下步驟將合成好的磷化鎵多晶料放入石英容器內(nèi)，加入王水加熱去除表面的氧化物雜質(zhì)，用去離子水沖凈、烘干備用；將多晶料砸碎成小塊，放入覆蓋劑氧化硼；將坩堝放入高壓?jiǎn)尉t內(nèi)，密封爐體，抽真空；檢查爐體密封性；升溫至合成料全部化完；逐步降溫，緩慢放掉爐體內(nèi)氣體，使覆蓋劑發(fā)泡后，再降溫至常溫；將鑄錠料從爐體內(nèi)取出，去掉上面的覆蓋劑氧化硼；將鑄錠好的磷化鎵多晶料放入石英容器內(nèi)，加入王水加熱去除表面的雜質(zhì)及富鎵，用去離子水沖凈、烘干備用。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可將多晶料中鎵的氧化物雜質(zhì)的含量降低90％以上，由于多晶料中析出多余的鎵，使多晶料中化學(xué)原子配比更接近1∶1，得到的透明、致密的多晶錠，單晶成品率由48％提高到62％。
文檔編號(hào)C30B28/06GK102040204SQ200910236020
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者俞斌才, 張潔, 林泉, 馬英俊 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院, 國(guó)瑞電子材料有限責(zé)任公司