СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ СЕЛЕНОГАЛЛАТА СЕРЕБРА Российский патент 1996 года по МПК C30B11/00 C30B15/00 

Изобретение относится к технологии получения тройных полупроводниковых соединений типа A^IB^IIICVI2

и может быть использовано при получении мронокристаллов селеногаллата серебра, которые широко используются в производстве изделий нелинейной оптики (мощные технологические лазеры и др.).

Известен способ получения монокристаллов селеногаллата серебра направленной кристаллизацией расплава при градиенте температуры вблизи фронта кристаллизации 30^оС/см и скорости выращивания 3-7 мм/сут [1]
Выращивание проводили методом Бриджена-Стокбаргера в кварцевых ампулах диаметром 3-5 см на затравочном кристалле, ориентированном вдоль направления (001).

Недостатками способа являются низкая скорость выращивания, высокая неоднородность монокристаллов, сильное отклонение от стехиометрического состава AgGaSe₂ в сторону избытка Ga₂Se₃. С целью гомогенизации состава и устранения центров рассеивания кристаллы подвергались отжигу в парах Ag₂Se и Ag₂Se-Se при 750^оС в течение 30 сут.

Задача изобретения получение высококачественных монокристаллов селеногаллата серебра больших физических размеров с хорошей однородностью и воспроизводимостью свойств и высоким процентом выхода годных монокристаллов.

Для этого направленную кристаллизацию проводят вытягиванием монокристалла на затравку из расплава в тигле при градиенте температуры 170-190^оС/см со скоростью 3-4 мм/ч при постоянстве стехиометрического состава выращиваемого монокристалла.

При градиентах температуры менее 170^оС/см снижается устойчивость роста монокристалла и уменьшается выход годного до 20% при градиентах температуры более 190^оС/см также снижается выход годного за счет увеличения оптической неоднородности монокристаллов.

Постоянство стехиометрического состава выращиваемого кристалла обеспечивается увеличением градиента температуры на 3-5^оС на каждый сантиметр длины.

При скорости увеличения градиента температуры менее 3^оС/см длины монокристалла уменьшается скорость кристаллизации и соответствернно падает производительность процесса, при скорости увеличения градиента температуры более 5^оС/см снижается выход монокристаллов за счет возрастания брака по растрескиванию слитков.

При скорости вытягивания менее 3 мм/ч снижается производительность процесса и возрастает неоднородность монокристаллов, при скорости вытягивания более 4 мм/ч снижается выход годных монокристаллов за счет растрескивания слитков.

П р и м е р. Синтез селеногаллата серебра проводят в тигле из пиролитического нитрида бора. Загрузку компонентов галлия, серебра и селена рассчитывают из стехиометрического соотношения их в соединении. В тигель загружают 161 г серебра чистотой 99,9999, 104 г галлия и 239 г селена. Тигель с загруженными компонентами помещают в камеру установки выращивания монокристаллов и нагревают до 1035-1045^оС в течение 2 ч. Камеру установки предварительно откачивают до остаточного давления 10^-2 мм рт.ст. и наполняют инертным газом до давления 40 атм. Указанные условия в камере выдерживают в течение 15 ч, что обеспечивает получение соединения высокой гомогенности. Полученный расплав соединения охлаждают со скоростью 100^оС/ч до 700^оС, после чего скорость охлаждения увеличивают до 150-200^оС и охлаждают до комнатной температуры.

Полученный материал извлекают из тигля и контролируют рентгеновским методом фазовый состав. Синтезированный однофазный селеногаллат серебра вновь помещают в тигель установки выращивания монокристаллов. На верхнем штоке закрепляют затравку, а в тигель с загруженным селеногаллатом серебра помещают также 150 г оксида бора, который после расплавления создает на поверхности расплава в тигле слой толщиной 15 мм. Загруженные компоненты в тигле расплавляют и устанавливают температуру поверхности расплава на 10-12^оС выше температуры плавления соединения, выдерживают расплав для гомогенизации при указанных условиях в течение 30-40 мин и проводят затравливание. После затравливания вытягивают монокристалл на затравку из расплава в тигле при осевом градиенте температуры в кристалле 170-190^оС/см с увеличением градиента температуры на 3-5^оС на каждый сантиметр длины вытягиваемого монокристалла. Скорость вытягивания монокристалла 3-4 мм/ч. Монокристалл выращивают в атмосфере инертного газа при давлении 8-12 атм.

Получают монокристалл селеногаллата серебра AgGaSe₂ диаметром 40 мм и высотой 75 мм, стехиометрического состава с шириной запрещенной зоны ΔЕ 1,83 эВ, диапазоном оптического пропускания λ= 0,7-18,0 мкм, углом фазового согласования θ=47 град, плотностью D 450 кг/мм².

Режимы экспериментов реализации способа приведены в таблице.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет получить высококачественные монокристаллы селеногаллата серебра, отличающиеся большими физическими размерами, высокой однородностью свойств и хорошими оптическими характеристиками, что невозможно получить в настоящее время другими способами.

Способ прошел испытание. В настоящее время монокристаллы селеногаллата серебра выпускаются опытными партиями для использования в производстве мощных технологических лазеров.

Изобретение относится к технологии получения тройных полупроводниковых соединений типа A^IB^IIICVI2

и промышленно применимо при получении монокристаллов селеногаллата серебра, которые широко используются в производстве изделий нелинейной оптики. Задачей изобретения является получение высококачественных монокристаллов селеногаллата серебра больших физических размеров (диаметром до 40 мм, длиной до 100 мм) со следующими техническими характеристиками: диапазон пропускания 0,725 - 18,0 мкм; ширина запрещенной зоны 1,83 эВ; угол фазового согласования 46 - 48 град. Сущность изобретения: способ получения монокристалла селеногаллата серебра основан на получении монокристаллов направленной кристаллизации расплава при градиенте температуры вблизи фронта кристаллизации, при этом направленную кристаллизацию проводят вытягиванием монокристалла на затравку из расплава в тигле при градиенте температуры 170 - 190 ^oC/см и постоянстве стехиометрического состава выращиваемого монокристалла со скоростью 3 - 4 мм/ч. 1 табл.

Способ получения монокристаллов селеногаллата серебра направленной кристаллизацией расплава при градиенте температуры вблизи фронта кристаллизации, отличающийся тем, что направленную кристаллизацию проводят вытягиванием монокристалла на затравку из расплава в тигле при градиенте температуры 170 190 град/см и постоянстве стехиометрического состава выращиваемого монокристалла со скоростью 3 4 мм/ч.