СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДА ГАЛЛИЯ Российский патент 2008 года по МПК C01G15/00 C01B21/06 

Описание патента на изобретение RU2341460C1

Изобретение относится к способам синтеза полупроводниковых материалов и может быть использовано для получения GaN.

Известен способ получения GaN [Robert W. Cumberland, Richard G. Blair, Charles H. Wallace, Thomas K. Reynolds, and Richard B. Kaner. Thermal control of Metathesis Reaction Producing GaN and InN. // J. Physical Chemistry B. 2001, 105, pp.11922-11927]. Способ включает взвешивание твердых реагентов GaI3, Li3N, NH4Cl и LiNH2, измельчение и загрузку в стальной реакционный сосуд, термообработку, удаление побочных продуктов растворением в воде или в этиловом спирте, фильтрование под вакуумом и высушивание на воздухе.

Способ не исключает улетучивание компонентов шихты и загрязнение окружающей среды в процессе взвешивания и измельчения, загрузки компонентов в реакционную камеру, удаления побочных продуктов, фильтрования под вакуумом и высушивания на воздухе, что затрудняет получение GaN экологически безопасным безотходным методом.

Способ не позволяет избавиться от примесей соединений водорода, кислорода, Са2О3, GaO2H, Ga(ОН)3 и других веществ, образующихся в процессе синтеза, что приводит к снижению чистоты GaN.

Известен способ получения GaN [Tsuji Hideto. Method for producing nitride. Патент JR 2005179138]. Способ включает взаимодействие Li3N с GaГ3NH3, где Г - Cl, Br, I в вакуумированом сосуде при температуре от 200°С до температуры разложения GaN.

Способ не исключает улетучивание GaГ3NH3 и Li3N в процессе загрузки в реакционную камеру, вакуумирование камеры в процессе удаления продуктов реакции из реакционной камеры, что приводит к загрязнению окружающей среды.

Способ не позволяет избавиться от примеси соединений легких элементов, не обеспечивает отделение и удаление из реакционной камеры нелетучих и летучих примесей в процессе синтеза, что приводит к снижению чистоты GaN в процессе синтеза.

Задачей изобретения является повышение экологической безопасности получения нитрида галлия безотходным методом при сохранении чистоты вводимых компонентов.

Предложен способ получения GaN, в котором выполняют реакционную камеру в виде двух соединенных между собой емкостей. В первую емкость загружают хлор в герметичном сосуде и металлический галлий, а во вторую емкость загружают нитрид лития и аммиака в герметичном сосуде. После чего вакуумируют и герметизируют камеру, далее вскрывают сосуд с хлором и нагревают первую емкость до 210-220°С. Затем вскрывают сосуд с нитридом лития и аммиаком и нагревают вторую емкость до 850-870°С, повторно герметизируют камеру и разделяют емкости. В результате в первой емкости находятся ненужные примеси, а во второй - твердый нитрид галлия.

Выполнение реакционной камеры в виде двух соединенных емкостей позволяет отдельно в первой емкости осуществить реакцию 2Ga+3Cl2=2GaCl3, позволяет отделить GaCl3 от тугоплавких примесей и перевести GaCl3 во вторую емкость, позволяет провести во второй емкости реакцию

Li3N+GaCl3=GaN+3LiCl,

позволяет перевести LiCl и летучие примеси в первую емкость, позволяет герметизировать емкости и отделить первую емкость от второй без их вскрытия.

Загрузка хлора в герметичном сосуде устраняет его испарение, позволяет провести вакуумирование без выброса реагентов и исключает загрязнение окружающей среды.

Загрузка Li3N с NH3 в емкость в герметичном сосуде устраняет их испарение, позволяет провести вакуумирование камеры без выброса реагентов и исключает загрязнение окружающей среды.

Вакуумирование реакционной камеры после загрузки металлического галлия, хлора и Li3N с NH3 в герметичных сосудах обеспечивает удаление кислорода и влаги с поверхности реакционной камеры, находящихся в ней сосудов и галлия, обеспечивает повышение чистоты вводимых компонентов, понижение общего давления в камере и снижение взрывоопасности процесса синтеза.

Вскрытие сосуда с хлором после вакуумирования реакционной камеры и нагревание первой емкости до 210-220°С исключает процесс гидролиза, обеспечивает образование газообразного GaCl3, газообразных летучих примесей, отделение их от оксидов и других нелетучих примесей и перевод во вторую емкость.

Вскрытие сосуда с Li3N и NN3 и нагревание второй емкости до 850-870°С обеспечивает полное взаимодействие между компонентами, образование твердого GaN и жидкого LiCl, перевод LiCl и других побочных продуктов в первую емкость, герметизацию и разделение емкостей без вскрытия.

Таким образом, отличительные признаки являются существенными для получения нитрида галлия безотходным методом при сохранении чистоты вводимых компонентов.

Нагревание первой емкости ниже 210°С нецелесообразно, так как приводит к конденсации GaCl3кип=202°С). Нагревание выше 220°С нецелесообразно, так как GaCl3 полностью перегоняется при 220°С.

Нагревание второй емкости ниже 850°С нецелесообразно, так как не происходит отделение LiCl (Тплавления=814°С) от GaN. Нагревание выше 870°С также нецелесообразно, так как приводит к разложению GaN.

Пример 1. Реакционную камеру выполняли в виде двух сообщающихся между собой емкостей. В емкость 1 вводили 7,62 г галлия и 11,63 г хлора в герметичном сосуде. В емкость 2 вводили 3,8 г нитрида лития в герметичном сосуде, заполненным аммиаком. Реакционную камеру вакуумировали до давления 10-4-10-5 мм рт.ст., герметизировали, вскрывали сосуд с хлором и нагревали емкость 1 до 210°С. Образовавшийся хлорид галлия конденсировали в емкость 2. Затем вскрывали сосуд с нитридом лития, нагревали емкость 2 до температуры 850°С, образовавшийся хлорид лития конденсировали в емкость 1, емкости герметизировали и разделяли.

Выход нитрида галлия в расчете на элементарный галлий составлял 87%.

Пример 2. Реакционную камеру выполняли в виде двух сообщающихся между собой емкостей. В емкость 1 вводили 5,98 г галлия и 9,12 г хлора в герметичном сосуде. В емкость 2 вводили 2,99 г нитрида лития в герметичном сосуде, заполненным аммиаком. Реакционную камеру вакуумировали до давления 10-4-10-5 мм рт.ст., герметизировали, вскрывали сосуд с хлором и нагревали емкость 1 до 220°С. Образовавшийся хлорид галлия конденсировали в емкость 2. Затем вскрывали сосуд с нитридом лития, нагревали емкость 2 до температуры 870°С, образовавшийся хлорид лития конденсировали в емкость 1, емкости герметизировали и разделяли.

Выход нитрида галлия в расчете на элементарный галлий составлял 90%.

Пример 3. Реакционную камеру выполняли в виде двух сообщающихся между собой емкостей. В емкость 1 вводили 7,93 г галлия и 12,10 г хлора в герметичном сосуде. В емкость 2 вводили 3,96 г нитрида лития в герметичном сосуде, заполненным аммиаком. Реакционную камеру вакуумировали до давления 10-4-10-5 мм рт.ст., герметизировали, вскрывали сосуд с хлором и нагревали емкость 1 до 215°С. Образовавшийся хлорид галлия конденсировали в емкость 2. Затем вскрывали сосуд с нитридом лития, нагревали емкость 2 до температуры 860°С, образовавшийся хлорид лития конденсировали в емкость 1, емкости герметизировали и разделяли.

Выход нитрида галлия в расчете на элементарный галлий составлял 88%.

На чертеже приведены три рентгенограммы полученного нитрида галлия, которые относятся к примерам 1-3. Отсутствие дополнительных пиков, не принадлежащих нитриду галлия, на рентгенограммах указывает на чистоту полученного нитрида.

Массы исходных веществ, реакционной камеры и емкостей до синтеза и после синтеза совпадали в пределах погрешности аналитических весов, что подтверждает безотходность способа и его экологическую безопасность.

Похожие патенты RU2341460C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКОЛ ASS(X=0,10-0,45), ASSE(X=0-0,60) 1999
  • Ананичев В.А.
  • Блинов Л.Н.
RU2152364C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО НИТРИДА УГЛЕРОДА CN 2007
  • Семенча Александр Вячеславович
  • Ананичев Владимир Александрович
  • Блинов Лев Николаевич
RU2337185C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДА УГЛЕРОДА 2005
  • Блинов Лев Николаевич
  • Мохаммад Ареф Хасан
  • Филиппов Сергей Николаевич
  • Лаппалайнен Рейо
RU2288170C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДА УГЛЕРОДА 2007
  • Мамахель Мохаммад Ареф Хасан
  • Филиппов Сергей Николаевич
  • Лаппалайнен Рейо
RU2425799C2
Рост GaN нанотрубок, активированный легирующей примесью Si на подложках Si с тонким буферным слоем AlN 2016
  • Мухин Иван Сергеевич
  • Кудряшов Дмитрий Александрович
  • Можаров Алексей Михайлович
  • Большаков Алексей Дмитриевич
  • Сапунов Георгий Андреевич
  • Федоров Владимир Викторович
RU2711824C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ GaN ИЛИ AlGaN 2005
  • Дадгар Армин
  • Крост Алоис
RU2446236C2
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ НИТРИДА ГАЛЛИЯ 2011
RU2477766C1
ТОНКОДИСПЕРСНЫЙ МЕТАЛЛОСОДЕРЖАЩИЙ ПОРОШОК И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 1994
  • Тео Кениг
  • Дитмар Фистер
RU2136444C1
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ НИТРИДА ГАЛЛИЯ 2006
  • Кондратьев Алексей Викторович
  • Макаров Юрий Николаевич
  • Сегаль Александр Соломонович
  • Сидько Александр Павлович
  • Смирнов Сергей Александрович
RU2315825C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ 2007
  • Карпов Сергей Юрьевич
  • Ксенофонтов Павел Александрович
  • Макаров Юрий Николаевич
  • Сегаль Александр Соломонович
  • Смирнов Сергей Александрович
  • Толканов Игорь Валерьевич
RU2358044C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 341 460 C1

Реферат патента 2008 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДА ГАЛЛИЯ

Изобретение относится к способам синтеза полупроводниковых материалов и может быть использовано для получения GaN. Предложен способ получения GaN, в котором выполняют реакционную камеру в виде двух соединенных между собой емкостей. В первую емкость загружают хлор в герметичном сосуде и металлический галлий, а во вторую емкость загружают нитрид лития и аммиак в герметичном сосуде. После этого вакуумируют и герметизируют камеру, далее вскрывают сосуд с хлором и нагревают первую емкость до 210-220°С. Затем вскрывают сосуд с нитридом лития и аммиаком и нагревают вторую емкость до 850-870°С, повторно герметизируют камеру и разделяют емкости. В результате в первой емкости находятся ненужные примеси, а во второй - твердый нитрид галлия. Предложенное изобретение позволяет получить чистый нитрид галлия и уменьшить загрязнение окружающей среды в результате исключения улетучивания веществ, используемых в процессе синтеза. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 341 460 C1

Способ получения нитрида галлия, включающий загрузку нитрида лития в реакционную камеру, вакуумирование, герметизацию, термообработку и удаление побочных продуктов, отличающийся тем, что камеру выполняют в виде двух соединенных емкостей, в первую емкость загружают хлор в герметичном сосуде и галлий, а во вторую - нитрид лития с аммиаком в герметичном сосуде, камеру вакуумируют, вскрывают сосуд с хлором и нагревают первую емкость до температуры 210-220°С, затем вскрывают сосуд с нитридом лития и аммиаком, и нагревают вторую емкость до 850-870°С, после чего емкости герметизируют и разделяют.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2341460C1

JP 2005179138 А, 07.07.2005
Способ получения нитрида галлия 1978
  • Кравченко В.С.
  • Грайфер М.З.
  • Кравченко Л.Х.
  • Кузнецов Ф.А.
SU683505A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДА ГАЛЛИЯ 0
SU189811A1
СПОСОБ ЭПИТАКСИАЛЬНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ НИТРИДА ГАЛЛИЯ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ 1983
  • Водаков Ю.А.
  • Мохов Е.Н.
  • Роенков А.Д.
SU1136501A1
RU 2004100115 А, 10.04.2005
Линия разгрузки камерных сушил и укладки керамических изделий в пакеты для обжига 1985
  • Грицанс Вильгельм Модестович
  • Антан Тену Оскарович
  • Бичук Виктор Петрович
  • Берзинь Ян Андреевич
  • Конкси Юрш Феликсович
  • Губенко Владимир Иванович
  • Медведев Анатолий Иванович
  • Пискунов Анатолий Никитич
SU1288079A1

RU 2 341 460 C1

Авторы

Семенча Александр Вячеславович

Ананичев Владимир Александрович

Блинов Лев Николаевич

Александров Сергей Евгеньевич

Даты

2008-12-20Публикация

2007-03-20Подача