專利名稱：一種砷化鎵晶體殘料的直拉再利用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種化合物半導體材料的重復利用方法，具體地說，是涉及一種砷化鎵晶體殘料的直拉再利用方法。
背景技術：
由于鎵在空氣中表面容易形成氧化膜，用水平梯度凝固方法合成的砷化鎵多晶，在合成出的多晶中不可避免的夾雜有鎵的氧化物；同時，獲得的多晶錠在尾部有富鎵的部分。另外，用水平梯度凝固方法合成的多晶和生長的砷化鎵單晶，在晶體合成或拉晶過程中，因為炸爐或漏氣會產生化學配比嚴重偏離且夾雜更多氧化物的多晶料及富鎵料。上述這些拉晶或合成過程中產生的含有大量氧化物或富鎵的砷化鎵料，我們統(tǒng)稱為砷化鎵晶體殘料。這些砷化鎵晶體殘料，按現有工藝技術并不能直接投入到生產單晶過程，因為如果直接投入到單晶生長過程中，會在熔體表面布滿鎵的氧化物，且化學配比偏離，嚴重干擾晶體生長，難以生長出單晶，因此造成原料的大量浪費。為了提高砷化鎵料利用率和單晶的成品率，我們提出一種砷化鎵晶體殘料的直拉再利用方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種砷化鎵晶體殘料的直拉再利用方法，采用該方法可以有效提高砷化鎵料的利用率，避免原料的大量浪費。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案:一種砷化鎵晶體殘料的直拉再利用方法，其特征在于:該方法采用高壓液封直拉法拉制砷化鎵晶體，它包括步驟:1.備料、裝爐:將經腐蝕清洗后的砷化鎵晶體殘料砸碎成小塊，密排放入石英坩堝內，然后放入氧化硼覆蓋劑，密封爐體。2.抽真空，然后向爐內充入高純氮氣0.8 1.5MPa。3.升溫化料:將溫度升到1350 1550°C將砷化鎵晶體殘料熔化，并控制爐壓在1.5 2.5MPa。以I 10轉/分鐘的速率轉到籽晶桿，以I 20轉/分鐘的速率反方向轉動坩堝桿。4.降溫引晶:調整溫度，使籽晶接觸熔體，當籽晶和熔體穩(wěn)定接觸30分鐘后開始降溫引晶，降溫速率控制在0.05 1.5°C /min,當看到固液界面的固相長大時，開始提拉晶體，提拉速度控制在5 25mm/hr。并隨著微分重量顯示達到0.5 2.0g/min以上時逐步增加禍升到0.5 7mm/hr。5.等徑控制:利用微分重量控制方式控制晶體直徑，當微分重量減小時適當降溫，當微分重量增加時適當升溫?？刂莆⒎种亓匡@示在5 12g/min。6.收尾:當晶體重量增加至投料量60 80%時，以0.1 1.5°C /分鐘的速率開始升溫。當微分重量逐漸減小，直至突然變負值時，停止堝轉、堝升，并開始降堝直到回到引晶時的堝位。然后繼續(xù)提拉晶體至離開氧化硼IOOmm以上停止。逐步降溫，直至200°C時放氣將爐膛內氣壓全部卸除。7.出料:將晶體從爐體內取出，去掉上面的覆蓋劑。將砷化鎵晶體表面突起的鎵的氧化物用砂輪機打磨掉，后放入石英容器內，加入強酸加熱去除表面的雜質及富鎵，用去離子水沖凈。本發(fā)明具有如下特點:由于本發(fā)明采用高壓液封直拉法拉制出砷化鎵晶體，極大地改善了砷化鎵晶體殘料的化學配比。同時，由于鎵的氧化物密度小于砷化鎵密度，在晶體生長過程中，鎵的氧化物均分布在砷化鎵晶體表面且呈突起狀，因此通過簡單的砂輪機打磨即可去除，可去除99%的氧化物。本發(fā)明 由于具有吸雜作用，可有效降低GaAs殘料中的雜質濃度，可使拉出的晶體中載流子濃度小于I X 1017cm_3。采用本發(fā)明處理砷化鎵晶體殘料，一個周期只需20小時，且不存在重復處理的問題，效率高操作簡單。而采用水平布里支曼(HB)方法處理砷化鎵晶體殘料，時間要長，且一個周期下來并不能保證晶體化學配比好，有時需要開兩三爐才行，還不能有效降低雜質濃度；而且，晶體中存在的氧化物不能夠有效清除而夾雜于晶體內部。時間短效率高，使得以前通常棄之不用的砷化鎵殘料重新投入拉晶，使砷化鎵晶體殘料的利用率達到95%以上。


圖1是本發(fā)明砷化鎵晶體殘料的直拉再利用方法的實施流程框圖本流程包括:備料、裝爐；抽真空、充氣；升溫化料；降溫引晶；等徑控制；收尾；出
料等工序。
具體實施例方式本發(fā)明砷化鎵晶體殘料的直拉再利用方法采用設備為高壓單晶爐。下面以具體實施例對本發(fā)明做進一步說明:高壓單晶爐是已有的設備。微分重量表示單位時間晶體生長的重量，單位是克/分鐘，衡量的是晶體生長的速度。工藝中所述的壓力都是絕對壓力。實施例1:1.備料、裝爐:將經腐蝕清洗后的2.0Kg砷化鎵晶體殘料砸碎成小塊，密排放入石英坩堝內，然后放入300g氧化硼覆蓋劑，密封爐體。2.抽真空，使爐膛氣壓小于400Pa，然后向爐內充入高純氮氣1.0MPa03.升溫化料:將溫度升到1400°C將砷化鎵晶體殘料熔化，并控制爐壓在1.8MPa左右。以2轉/分鐘的速率轉動籽晶桿，以10轉/分鐘的速率反方向轉動坩堝桿。4.降溫引晶:調整溫度，使籽晶接觸熔體，當籽晶和熔體穩(wěn)定接觸30分鐘后開始降溫引晶，降溫速率控制在0.05 0.40C /min,當看到固液界面的固相長大時，開始提拉晶體，提拉速度控制在5mm/hr。并隨著微分重量顯示達到0.8g/min以上時逐步增加堝升到
1.5mm/hr。5.等徑控制:利用微分重量控制方式控制晶體直徑，當微分重量減小時適當降溫，當微分重量增加時適當升溫。控制微分重量顯示在5 8g/min。6.收尾:當晶體重量增加至投料量60%時，以0.1°C /分鐘的速率開始升溫。當微分重量逐漸減小，直至突然變負值時，停止堝轉、堝升，并開始降堝直到回到引晶時的堝位。然后繼續(xù)提拉晶體至離開氧化硼IOOmm以上停止。逐步降溫，直至200°C時放氣將爐膛內氣壓全部卸除。7.出料:從爐體內取出砷化鎵晶體，去掉上面的覆蓋劑。將砷化鎵晶體表面突起的鎵的氧化物用砂輪機打磨掉，后放入石英容器內，加入強酸加熱去除表面的雜質及富鎵，用去離子水沖凈。最后能用于拉晶的砷化鎵晶體重量為1950g。實施例2:1.備料、裝爐:將經腐蝕清洗后的4.0Kg砷化鎵晶體殘料砸碎成小塊，密排放入石英坩堝內，然后放入700g氧化硼覆蓋劑，密封爐體。2.抽真空，使爐膛氣壓小于200Pa。，然后向爐內充入高純氮氣1.5MPa。3.升溫化料:將溫度升到1520°C將砷化鎵晶體殘料熔化，并控制爐壓在2.3MPa左右。以6轉/分鐘的速率轉到籽晶桿，以15轉/分鐘的速率反方向轉動坩堝桿。4.降溫引晶:調整溫度，使籽晶接觸熔體，當籽晶和熔體穩(wěn)定接觸30分鐘后開始降溫引晶，降溫速率控制在0.2 1.(TC /min,當看到固液界面的固相長大時，開始提拉晶體，提拉速度控制在20mm/hr。并隨著微分重量顯示達到1.6g/min以上時逐步增加堝升到6mm/hr。5.等徑控制:利用微分重量控制方式控制晶體直徑，當微分重量減小時適當降溫，當微分重量增加時適當升溫?？刂莆⒎种亓匡@示在8 12g/min。6.收尾:當晶體重量增加至投料量80%時，以1.2°C /分鐘的速率開始升溫。當微分重量逐漸減小，直至突然變負值時，停止堝轉、堝升，并開始降堝直到回到引晶時的堝位。然后繼續(xù)提拉晶體至離開氧化硼IOOmm以上停止。逐步降溫，直至200°C時放氣將爐膛內氣壓全部卸除。7.出料:從爐體內取出砷化鎵晶體，去掉上面的覆蓋劑。將砷化鎵晶體表面突起的鎵的氧化物用砂輪機打磨掉，后放入石英容器內，加入強酸加熱去除表面的雜質及富鎵，用去離子水沖凈。最后能用于拉晶的砷化鎵晶體重量為3880g。實施例3:1.備料、裝爐:將經腐蝕清洗后的3.0Kg砷化鎵晶體殘料砸碎成小塊，密排放入石英坩堝內，然后放入500g氧化硼覆蓋劑，密封爐體。2.抽真空，使爐膛氣壓小于300Pa，然后向爐內充入高純氮氣1.2MPa。3.升溫化料:將溫度升到1480°C將砷化鎵晶體殘料熔化，并控制爐壓在2.0MPa左右。以5轉/分鐘的速率轉到籽晶桿，以12轉/分鐘的速率反方向轉動坩堝桿。4.降溫引晶:調整溫度，使籽晶接觸熔體，當籽晶和熔體穩(wěn)定接觸30分鐘后開始降溫引晶，降溫速率控制在0.2 0.60C /min,當看到固液界面的固相長大時，開始提拉晶體，提拉速度控制在15mm/hr。并隨著微分重量顯示達到1.0g/min以上時逐步增加堝升到4mm/hr。5.等徑控制:利用微分重量控制方式控制晶體直徑，當微分重量減小時適當降溫，當微分重量增加時適當升溫?？刂莆⒎种亓匡@示在6 9g/min。6.收尾:當晶體重量增加至投料量70%時，以0.3°C/分鐘的速率開始升溫。當微分重量逐漸減小，直至突然變負值 時，停止堝轉、堝升，并開始降堝直到回到引晶時的堝位。然后繼續(xù)提拉晶體至離開氧化硼IOOmm以上停止。逐步降溫，直至200°C時放氣將爐膛內氣壓全部卸除。7.出料:從爐體內取出砷化鎵晶體，去掉上面的覆蓋劑。將砷化鎵晶體表面突起的鎵的氧化物用砂輪機打磨掉，后放入石英容器內，加入強酸加熱去除表面的雜質及富鎵，用去離子水沖凈。最后能 用于拉晶的砷化鎵晶體重量為2900g。
權利要求
1.一種砷化鎵晶體殘料的直拉再利用方法，其特征在于:該方法采用高壓液封直拉法拉制砷化鎵晶體，它包括步驟: 1)、備料、裝爐:將經腐蝕清洗后的砷化鎵晶體殘料砸碎成小塊，密排放入石英坩堝內，然后放入氧化硼覆蓋劑，密封爐體； 2)、抽真空，然后向爐內充入高純氮氣至0.8 1.5MPa ； 3)、升溫化料:將溫度升到1350 1550°C將砷化鎵晶體殘料熔化，并控制爐壓在1.5 2.5MPa，以I 10轉/分鐘的速率轉動籽晶桿，以I 20轉/分鐘的速率反方向轉動坩堝桿； 4)、降溫引晶:調整溫度，使籽晶接觸熔體，當籽晶和熔體穩(wěn)定接觸30分鐘后開始降溫引晶，降溫速率控制在0.05 1.5°C /min,當看到固液界面的固相長大時，開始提拉晶體，提拉速度控制在5 25mm/hr ;并隨著微分重量顯示達到0.5 2.0g/min以上時逐步增加禍升到0.5 7mm/hr ； 5)、等徑控制:利用微分重量控制方式控制晶體直徑，當微分重量減小時適當降溫，當微分重量增加時適當升溫，控制微分重量顯示在5 12g/min ； 6)、收尾:當晶體重量增加至投料量60 80%時，以0.1 1.5°C /分鐘的速率開始升溫，當微分重量逐漸減小，直至突然變負值時，停止堝轉、堝升，并開始降堝直到回到引晶時的堝位，然后繼續(xù)提拉晶體至離開氧化硼100mm以上停止，逐步降溫，直至200°C時放氣將爐膛內氣壓全部卸除； 7)出料:將晶體從爐體內取出，去掉上面的覆蓋劑，將砷化鎵晶體表面突起的鎵的氧化物用砂輪機打磨掉，后放入石英容器內，加入強酸加熱去除表面的雜質及富鎵，用去離子水沖凈。
全文摘要
一種砷化鎵晶體殘料的直拉再利用方法，本方法包括備料、裝爐；抽真空、充氣；升溫化料；降溫引晶；等徑控制；收尾；出料等工序。本發(fā)明的優(yōu)點是由于本發(fā)明采用高壓液封直拉法拉制出砷化鎵晶體，極大地改善了砷化鎵晶體殘料的化學配比。同時，由于鎵的氧化物密度小于砷化鎵密度，在晶體生長過程中，鎵的氧化物均分布在砷化鎵晶體表面且呈突起狀，因此通過簡單的砂輪機打磨即可去除，可去除99％的氧化物。采用本發(fā)明處理砷化鎵晶體殘料，一個周期只需20小時，且不存在重復處理的問題，效率高操作簡單。使得以前通常棄之不用的砷化鎵殘料重新投入拉晶，使砷化鎵晶體殘料的利用率達到95％以上。
文檔編號C30B15/20GK103184520SQ20111044993
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權日2011年12月29日
發(fā)明者林泉, 馬英俊, 張潔, 李超, 鄭安生 申請人:北京有色金屬研究總院, 有研光電新材料有限責任公司