Способ выращивания монокристаллов твердых растворов типа А @ В @ Советский патент 1991 года по МПК C30B23/00 C30B29/46 

Изобретение относится к технологии выращивания смешанных материалов на основе возгоняемых веществ, а именно к способам выращивания монокристаллов твердых растворов на основе ZnTe и ZnSe, которые могут быть использованы в приборах оптоэяектроники.

Целью изобретения является получение заданного состава твердого раствора и повышение его качества.

На фиг.1 - 4 изображены кварцевые ампулы внутренним диаметром 15 мм и длиной 300 мм для выращивания монокристаллов; на фиг.5 - распределение температуры Т по длине ампулы L.

Пример1.В нижнюю часть 1 ампулы (фиг.1) помещают 2,99 г теллурида цинка и 0,01 г селенида цинка. Путем испарения и переноса их паров из зоны нагрева, имеющей температуру 1379 К в зону роста с температурой 1323 К, выращивают монокристаллы твердых растворов ZnTexSevx. Давление исследуемых паров ZnTe и ZnSe определяется температурой зон, точность поддержания температуры ± 2 К Продолжительность эксперимента 170 ч, Получают твердый раствор массой 3 г, близкой к тел- луриду цинка с неоднородным по длине составом.

Пример 2. В ампулу 2 (фиг.2), в нижнюю ее часть, помещают 1,33 г селенида цинка и 0,87 г теллурида цинка, размещенного во внутренней трубке, запаянной с одного конца, диаметром 3 мм и длиной 100 мм. Условия выращивания аналогичны примеру 1. Получают раствор массой 2,2 г.

Скорость переноса паров теллурида цинка в холодный конец ампулы намного

О 00 Os О

Јь ГО

больше скорости переноса пэров селенида цинка. Размещение более быстролетучего компонента во внутренней трубке способствует тому, что парциапьное давление его паров на конце трубки уменьшается по сравнению с парциальным давлением насыщенных паров при длиной температуре. Тем самым задаются условия для требуемого соотношения концентраций компонентов в паровой фазе, что позволяет дозировать необходимое количество одного или другого вещества, т.е. управлять составом.

Состав твердого раствора зависит от параметров исходных веществ (парциальное давление, молекулярный вес) и от геометрических размеров трубопроводов, т.е. их диаметра и длины, которые определяют сопротивления течению паров, Размеры трубок выбирают исходя из следующего соотношения:

ГЩ/ГП2 (d1 2 )/ Cd| P2

Ap2h) ,

где mi, pi - масса первого бинарного соединения в г и его парциальное давление в мм рт.ст. при температуре нагрева;

гп2, Р2 - масса второго бинарного соединения в г и его парциальное давление в мм рт.ст. при температуре нагрева;

di, H, A pi -диаметр, длина в мм и разность давлений на концах трубки для размещения первого бинарного соединения,

d2, l2i A p2 - диаметр, длина в мм и разность давлений на концах трубки для размещения второго бинарного соединения,

Mi, M2 - молекулярный вес первого и второго бинарных соединений.

Пример 3. В нижнюю часть ампулы 3 (фиг.З) помещают трубку, запаянную с одного конца, диаметром 3 мм и длиной 100 мм с 0,88 г теллурида цинка. Селенид цинка в количестве 0,09 г помещают в другую трубку с внутренним диаметром 11 мм и длиной 65 мм, которую устанавливают в верхней части ампулы 3. Условия выращивания аналогичны примеру 2. Получают твердый раствор массой 0,97 г.

Пример 4. В нижнюю часть ампулы 4 (фиг.4) селенид цинка помещают так же, как в ампуле 3 в количестве 0,07 г. Теллурид цинка в количестве 0,22 г помещают в аналогичную примеру 3 трубку диаметром 3 мм и длиной 100 мм с той лишь разницей, что на нее сверху и снизу надевают трубки диаметром 7,5 мм и 11,2 мм и длиной несколько более 100мм. Аналогично примеру 2 получают твердый раствор массой 0,29 г.

Состав твердых растворов определяют на основании закона Вегарда по постоянной решетки выращенного твердого раствора. Постоянную решетки определяют

методом рентгеноструктурного анализа. В системе ZnSe - ZnTe параметр решетки линейно изменяется от параметра решетки ZnSe ,667 А до параметра решетки ZnTe ,1026 А, Состав твердого раствора определяют по формуле к (а - 5,667}/0,4356. Экспериментальные результаты исследованных твердых растворов помещены в таблице.

Из таблицы видно, что если исходные

бинарные соединения поместить в идентичные условия сублимации, то получают твердый раствор только одного состава, близкий к теллуриду цинка (пример 1).

Если бинарные соединения поместить

раздельно в трубки различной пропускной способности, то удается значительно расширить диапазон составов твердых растворов высокой однородности.

Твердые растворы, полученные в примерах 2-4, являются сплошными, без раковин и в пределах 90% состава однородны по длине.

Формула изобретения Способ выращивания монокристаллов

твердых растворов типа A BVI путем испарения исходных раздельно размещенных бинарных соединений и переноса их паров из зоны нагрева в зону роста при наличии градиента температуры между этими зонами в герметичной ампуле, отличающий- с я тем, что, с целью получения заданного состава твердого раствора и повышения его качества, исходные соединения размещают в трубках различной пропускной способности

паров, размеры которых выбирают исходя из следующего соотношения:

mi/m2 (d1 pi Api la )/(d| pa

Ap2 h) VWz/Mi ,

где mi, pi - масса первого бинарного соединения в г и его парциальное давление в мм рт.ст. при температуре нагрева;

ma, P2 - масса второго бинарного соединения в г и его парциальное давление в мм рт.ст. при температуре нагрева,

di, h, Api - диаметр, длина в мм и разность давлений на концах трубки для размещения первого бинарного соединения;

da, l2i Ара - диаметр, длина в мм и разность давлений на концах трубки для размещения второго бинарного соединения;

Mi, Ma - молекулярный вес первого и второго бинарных соединений.

Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов твердых растворов на основе ZnTe - ZnSe, которые могут быть использованы в приборах оптоэ- лектроники. Способ позволяет получить твердые растворы заданного состава и повысить их качество. Монокристаллы твердых растворов ZnTe Sei-x выращивали путем испарения исходных раздельно размещенных бинарных соединений ZnTe и ZnSe в трубках различной пропускной способности, расположенных а герметичной ампуле, и переносе паров этих соегччечий из зоны нагрева в зону роста при наличии между этими зонами градиента температур. Приведено соотношение для определения размеров трубок. Полученные монокри сталлы являются сплошными, без раковин и в пределах 90% состава однородных по длине. 1 габл., 5 ил.