石英舟表面处理方法、石英舟及应用与流程

本发明实施例涉及表面处理技术领域，特别涉及一种石英舟表面处理方法、石英舟及应用。

背景技术：

水平布里奇曼法，简称hb法，是生长砷化镓(gaas)单晶的一种主要方法之一。hb法的原理是将生长单晶的原料放在一种器皿中，器皿放入圆管中，抽真空后封闭管口，采用定向区熔法生长单晶。这种器皿一般称之为“舟”，而外管称之为生长管。

生长管和舟使用的材料都选择石英，有两个原因：(1)石英耐高温。在gaas熔点1238℃的高温下，不软化而且能承受一定的蒸气压力。(2)石英透明度好。在gaas熔点1238℃的高温下不失去其透明性，可以观察单晶的生长状态。单晶制备过程中，砷化镓晶体与石英发生浸润现象，在凝固后的冷却过程中，因两者热膨胀系数的差异，经常使砷化镓晶体断裂。另外，更为严重的是砷化镓结晶过程中的浸润作用会增强舟壁对熔体的影响，增加生长多晶的机会，使单晶生长失败。

目前为了减少gaas熔体“浸润”石英舟，通常会采取以下方法处理石英舟：

(1)石英舟烧制成以后，使用前用压缩机空气或惰性气体吹带金刚砂，将其内表面“打毛”(加工成毛面)。经喷砂打毛后，在熔体表面张力作用下，减少了接触面积；

(2)液态ga高温炼舟：在舟的内表面生成方石英球状晶体，将石英与gaas熔体隔离。通常的方法是先把石英舟内壁用80目金刚砂喷毛，清洗后装入镓，使其尽可能地载满，然后置于石英管中抽至真空进行封管，放入高温炉内在约1150℃温度下保持10小时，自然冷却后除去镓再进行一次清洗，备用。这种处理方法复杂，装满镓的石英舟在推入石英管的过程中容易造成镓外流，使石英舟内镓不能完全装满，从而使石英舟的上表面及内表面靠近上边缘的位置因接触不到镓液，处理效果差；同时，水平放置的石英舟，舟内的镓液在真空状态下热传导性能差，需要处理的时间长，处理效果不好；真空封管后石英管不能重复使用，处理成本高；且只能同时处理1只石英舟，处理效率低。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种石英舟表面处理方法、石英舟及应用，有效避免石英舟与砷化镓的粘结现象，避免了粘结对砷化镓单晶生长的影响。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种石英舟表面处理的方法，包括以下步骤：

将镓液体倒入石英管内，加热到35℃-40℃，去除镓液体表面上的氧化膜；

将若干个喷砂打毛处理后的石英舟浸没于镓液内；

抽真空2-5分钟；将保护气体充入所述石英管内，将镓液升温至1230℃-1260℃，恒温保持2-3小时，即得内壁形成α-方石英球晶体的石英舟。

本发明的实施例还提供了一种由上述的石英舟表面处理的方法处理得到的石英舟。

本发明的实施例还提供了上述石英舟在生长砷化镓单晶中的应用。

本发明实施例相对于现有技术而言，将石英舟完全浸没于镓液内，石英舟内表面、上表面均能得到很好的处理，使得石英舟的内壁上形成α-方石英球晶体，处理后的石英舟在拉制砷化镓单晶的过程中，能有效避免砷化镓与石英舟内表面、上表面生长过程中浸润的问题，使得砷化镓单晶背面具有与正面相同的镜面光泽，有效避免石英舟与砷化镓单晶的粘结现象，避免了粘结对砷化镓单晶生长的影响。此外，采用直立的方法，将石英舟完全浸入到镓液中，在保护气体的保护下进行处理，镓液内温度分布均匀，使得石英舟内壁的保护膜比较均匀。且本方法操作简单、处理效率高，可同时处理多个石英舟，装有镓液的石英管可以多次使用，降低了生产成本。

另外，在将若干个喷砂打毛处理后的石英舟浸没于镓液之前还包括以下步骤：将若干个喷砂打毛处理后的石英舟依次叠放形成类圆柱体。

另外，在恒温保持2-3小时之后还包括以下步骤：降温至60℃-100℃后出炉。

另外，将若干个喷砂打毛处理后的石英舟浸没于镓液内包括以下步骤：将若干个喷砂打毛处理后的石英舟采用直立的方法浸没于镓液内。

另外，保护气体选自氦气、氩气、氮气中的任一种。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例1中的石英舟表面处理方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

实施例1

一种石英舟表面处理的方法，包括以下步骤：具体如图1所示，

1.将镓液倒入加热炉中的石英管内并加热到35度，去除镓液体表面上的氧化膜；

2.将5只2.0英寸喷砂打毛清洗后的石英舟依次叠放形成类圆柱体后，采用直立的方法放入装有镓液的石英管内(第1次使用)，将石英舟浸没于镓液中；

需要说明的是，石英舟呈类半圆形，多个石英舟依次叠加形成类圆柱体，这样可以最大限度的利用石英管的容纳空间，从而实现同时处理多个石英舟的目的。

3.抽真空2分38秒，充氩气，升温至1240℃后保持恒温2.5小时；

需要说明的是，本实施例中的保护气体为氩气，当然也可以选自氦气、氮气中的任一种，本实施例在此不再赘述。

4.通风降温至78℃时出炉；即得内壁形成α-方石英球晶体的石英舟。

将实施例1得到的石英舟清洗后，观察石英舟内壁形成均匀的白色α-方石英球晶体。用实施例1中的的石英舟拉晶后，砷化镓单晶背面具有与正面相同的镜面光泽，无粘结现象，全部避免了因粘结对单晶成晶率的影响。

实例例2

一种石英舟表面处理的方法，包括以下步骤：

1.将镓液升温至38度后将镓表面氧化膜捞出；

2.将4只2.5英寸喷砂打毛清洗后的石英舟依次叠放形成类圆柱体后，采用直立的方法放入装有镓液的石英管内(第8次使用)，将石英舟浸没于镓液中；

3.抽真空3分钟30秒，充氩气后升温至1250℃后，保持恒温2小时40分钟；

4.通风降温至68℃时出炉；即得内壁形成α-方石英球晶体的石英舟。

将实施例2得到的石英舟取出清洗后，观察石英舟内壁形成均匀的白色α-方石英球晶体。用本实施例得到的石英舟拉晶后，砷化镓单晶背面具有与正面相同的镜面光泽，无粘结现象，全部避免了因粘结对单晶成晶率的影响。

实例例3

一种石英舟表面处理的方法，包括以下步骤：

1.将镓液升温至36度后将镓表面氧化膜捞出；

2.将3只3.0英寸喷砂打毛清洗后的石英舟依次叠放形成类圆柱体后，采用直立的方法放入装有镓液的石英管内(第15次使用)，观察石英舟全部浸入镓液中；

3.抽真空3分14秒充氩气，升温至1254℃后，保持恒温2小时40分钟；

4.通风降温至63℃时出炉，即得内壁形成α-方石英球晶体的石英舟。

将实施例3处理的石英舟取出清洗后，观察石英舟内壁形成均匀的白色α-方石英球晶体，用实施例3处理的石英舟拉晶后，砷化镓单晶背面具有与正面相同的镜面光泽，无粘结现象，全部避免了因粘结对单晶成晶率的影响。

实例例4

一种石英舟表面处理的方法，包括以下步骤：

1.将镓液升温至37℃后将镓表面氧化膜捞出。

3.将4只2.5英寸喷砂打毛清洗后的石英舟依次叠放形成类圆柱体后，采用直立的方法放入装有镓液的石英管内(第7次使用)，将石英舟全部浸入镓液中；

3.抽真空3分34秒充氩气，升温至1259℃后保持恒温2小时20分钟；

4.通风降温至75℃时出炉，即得内壁形成α-方石英球晶体的石英舟。

将实施例4处理的4只石英舟取出清洗后，观察石英舟内壁形成均匀的白色α-方石英球晶体。用实施例4处理的石英舟拉晶后单晶背面具有与正面相同的镜面光泽，无粘结现象，全部避免了因粘结对单晶成晶率的影响。

对比例1

实施例1～4与对比例1保持恒温的时间筛选

对比例1涉及一种石英舟表面处理的方法，包括以下步骤：

1.将镓液升温至36度后将镓表面氧化膜捞出；

2.将5只2.0英寸喷砂打毛清洗后的石英舟依次叠放形成类圆柱体后，采用直立的方法放入装镓液的石英管内(第15次使用)，将石英舟全部浸入镓液中；

3.有抽真空3分14秒充氩气，升温至1258℃后，保持恒温1小时20分钟；

4.通风降温至63℃时出炉。

将对比例1处理的石英舟取出清洗后，观察石英舟内壁形成的白色α-方石英球晶体膜，薄且呈现不均匀状态。用对比例1处理的石英舟拉晶后，砷化镓单晶背面均有不同程度的粘润现象，成功生长单晶1.6根，单晶成晶率32％。

实施例1～4与对比例1处理得到的石英舟性能如表1所示：

实施例1～4与对比例1处理得到的石英舟性能

由上表可知，实施例1～4中采用的恒温保持时间处理得到的石英舟具有白色α-方石英球晶体，拉晶后砷化镓单晶背面具有与正面相同的镜面光泽，无粘结现象，全部避免了因粘结对单晶成晶率的影响。对比例1采用的恒温保持时间处理得到的石英舟具有白色α-方石英球晶体膜，拉晶后，砷化镓单晶背面均有不同程度的粘润现象，成功生长单晶1.6根，单晶成晶率32％。故在恒温保持时间为2-3h的情况下，处理得到的石英舟形成白色α-方石英球晶体，拉晶后砷化镓单晶背面具有与正面相同的镜面光泽，无粘结现象，全部避免了因粘结对单晶成晶率的影响。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。