Изобретение относится к способам выращивания монокристаллов и может быть использовано для получения монокристаллЪв халькогенидов цинка и кадмия, используемых в качестве оптических материалов.
Наиболее производительным для получения монокристаллов полупроводниковых халькогенидов является способ выращива.ния из расплава под давлением инертного.газа. Он состоит в расплавлении исходного сырья и кристаллизации в зоне температурного градиента Для подавления сублимаций процесс ведут под давлением инертного газа 50-150 атм. В результате применения высокого давления инертного газа выращиваемые монокристаллы имеют повышенную пористость (более 10 см ).
Известен способ выращивания, заключающийся в том; что плавление исходного сырья и кристаллизацию ведут под давлением пара выращиваемого монокристалла соединения. Плавление и кристаллизацию производят в замкнутом объеме при однократной протяжке через зону температурного градиента. Выращенные кристаллы имеют большое количество пор значительного размера.
Наиболее близким к предложенному является способ выращивания монокристаллов/включающий герметизацию камеры с тиглем, заполнение ее инертным газом до давления 80 атм, расплавление сырья при температуре, превышающей температуру плавления соединения на 50°С, кристаллизацию в зоне температурного градиента. С целью уменьшения взаимодействия халькогенида с графитом тигля и нагревателя в исходное сырье добавляют избыточный металлический компонент, что несколько улучшает также качество монокристаллов.
Однако пористость кристаллов, выращенных по способу-прототипу, превышает 10 . Несовершенство монокристаллов вызвано следующим.
1.Высокое давление инертного газа (ВО атм) приводит к газонасыщенности расплава.
2.В системе недостаточное перемещение расплава, осуществляемое только конвекционными потоками, удаленными от фронта кристаллизации. Выращивание про, исходит 8 условиях, далеких от равновесных, вследствие чего фронтом кристаллизации захватываются включения инертного газа (макропоры), а в крупных образцах (длиной более 20 мм) возможны
концентрационные выпады примесей по длине.
Целью изобретения является улучшение оптического качества монокристаллов за счет уменьшения количества и размеров пор.
Поставленная цель достигается тем, что плавление сырья ведут под давлением инертного газа 10-20 атм, а перед кристаллизацией снижают давление .до величины, соответствующей упругости пара халькогенида в интервале температур Ткр(Ткр+50°С), где Ткр - температура кристаллизации.
П р и м е р 1. Выращивание монокристаллов сульфида кадмия (CdS).
Тигель с навеской порошкообразного CdS (500 т) помещают в кристаллизационную камеру компрессионной печи. Систему вакуумируют до давления 10 мм рт.ст. Камеру нагревают до 700°С. Систему заполняют инертным газом до давления 6 атм. Температуру повышают до 1500°С, давление возрастает до 10 атм.
После расплавления сырья температуру снижают до 1430 ± 10°С и давление - до 4 атм. Кристаллизацию ведут со скоростью 10 мм/ц. Получают монокристалл диаметром 30 мм, длиной ТОО мм.
П р им е р 2, Выращивание монокристаллов селенида цинка (ZnSe).
Выращивание проводят в соответствии с примером 1, но берут навеску порошкообразного ZnSe (500 г), температуру в камере после заполнения инертным газом повышают до 1600°С, давление поднимается до 15 атм. После расплавления сырья температуру снижают до 1530°С, давление -до 2 атм. Получают монокристалл диаметром 30 мм, длиной 100 мм.
Сравнительные характеристики кристаллов, выращенных по предложенному и известному способам, представлены в табл. 1и2.
Как видно из данных таблиц, использование предлагаемого способа выращивания позволяет получать монокристаллы с улучшенными оптическими характеристиками: сократить концентрацию и линейны11 размер пор более чем в 100 раз.
(56) Металлургия и технология полупроводниковых материалов. Изд. Металлургил. М., 1972, стр. 489-490.
Авторское свидетельство СССР Мг 241403 от 14.08.67 г.. кл. В 01 2 17/OG (прототип).
Выращивание монокристаллов CdS
Т а б л и ц а 1
ПИн'&И. . ' / ' ; ' • ; • -'.''• ''•• .'•:•'• " ' ':•.'''• ' " '
Выращивание монокристаллов ZnSe
Формула изобретения
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ХАЛЬКОГЕНИДОВ ЦИНКА И КАДМИЯ, включающий плавление исходjHoro материала под избыточным давлением инертного fasa и кристаллизацию расплава в инертной газовой среде, отличающийся тем, что, с целью улучшения оп:тических свойств монркристаллов в Связи с
Та б л и ц а 2
уменьшением в них количества и размеров пор, плавление ведут при давлении инерт|ного газа 10 - 20 атм, а перед кристаллиза|цией снижают :Давление .до величины, соответствующей упругости пара халькоге|нида в интервале температур Ткр - Ткр +
ВОС), где
Ткр - температура кристаллиза;ции;
