专利名称：一种高纯度磷化铟多晶棒的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高纯度磷化铟的制备方法，尤其涉及一种高纯度磷化铟多晶棒的注入引上制备方法。
背景技术：
磷化铟是继硅、砷化镓之后，新一代的电子功能材料，是比砷化镓更为优越的半导体材料，是制备LED、用于光纤通信系统的p-i-n探测器、抗辐射、高转换率的太阳能电池、光电集成电路、微波、高频、高速器件、转移电子效应器件、连续波器件、耿氏器件等方面的前途广阔的重要材料。磷化铟单晶的质量，很大程度上取决于多晶的质量。磷化铟的熔点高达1335±7K，在熔点时，磷化铟要发生分解，为了防止磷化铟的分解，必须置于有27. 5大气压(2. 75MPa)的磷蒸汽的环境中，但这么高的温度和如此高的磷蒸汽压，实际上是不可能精确控制的；所以用直接合成并拉制的磷化铟单晶是无法实现化学计量比的。可见，先合成具有化学计量比的优质磷化铟多晶是非常重要的。合成磷化铟多晶的方法有高压布里奇曼法(HPHB)、高压温度梯度凝固法(HPGF)、溶液扩散法(SSD)，液态磷覆盖法(LPC)和磷蒸汽注入合成法(PVIJ)。其中有应用价值的只有HPHB和PVIJ两种方法。HPHB法是目前生产磷化铟多晶的主流工艺，但因合成时间长，受石英管污染严重，产品质量差。PVIJ的优点是合成时间短，受石英坩埚污染轻，纯度比较高。但磷和铟的比例受多种因素影响，往往含有未反应的金属铟或磷，在合成料内部存在空洞，必须经处理后，才能用于生长单晶。在合成过程中，还往往会发生磷贮存的石英泡炸裂，而造成生产损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种高纯度磷化铟多晶棒的制备方法，其步骤如下在高压炉中设置坩埚，将高纯度铟置于坩埚中，高纯度无水氧化硼覆盖在高纯度铟之上；将高纯度磷蒸汽注入熔化的高纯度铟中，在高纯度无水氧化硼覆盖下，直接合成磷化铟；用引上杆将磷化铟多晶从磷化铟熔体中以棒状形状引出，高温时粘稠的氧化硼粘覆在多晶棒表面，防止了磷化铟多晶棒在高温下分解，保证了磷化铟中磷和铟的化学计量比。磷化铟多晶棒质地致密均匀，室温电子迁移率稳定在3400 4700cm3/v. S，载流子浓度2.0 5.9X1015/cm3。坩埚采用高纯度热解氮化硼制成。高纯度无水氧化硼的含水量
<300ppm。高压炉内充入IS气，炉内压力为4. 0 5. OMPa0本发明是吸收了注入法的优点而发展的新型合成法，克服了磷泡易炸的工艺难题和化学计量比的问题，同时引入了磷化铟进一步提纯的工艺，可以稳定地生产质地致密、室温电子迁移率稳定在3400 4700cm3/v. s，载流子浓度2. 0 5. 9X 1015/cm3的优质磷化铟 多晶棒；采用极低水份的高纯度氧化硼覆盖剂和高纯度热解氮化硼坩埚，进一步避免了硅的污染，降低器件的污染；合成完成后，用引上杆将磷化铟多晶从磷化铟熔体中以棒状形状从坩埚中提出，棒表面附有包裹氧化硼层防止了磷化铟分解；磷化铟多晶棒质量指标达到了当今世界上实验室的最好水平
具体实施例方式下面结合附表及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。一种高纯度磷化铟多晶棒的制备方法，其步骤如下在高压炉中设置坩埚，将高纯度铟置于坩埚中，高纯度无水氧化硼覆盖在高纯度铟之上；将高纯度磷蒸汽注入熔化的高纯度铟中，在高纯度无水氧化硼覆盖下，直接合成磷化铟；用引上杆将磷化铟多晶从磷化铟熔体中以棒状形状引出，，高温时粘稠的氧化硼粘覆在多晶棒表面，防止了磷化铟多晶棒在高温下分解，保证了磷化铟中磷和铟的化学计量比，同时，磷化铟被上引形成固体，原来在熔体中过量的铟或磷，以及杂质元素，因分凝效应，被残留在最后凝固的棒尾，保证晶棒的化学计量比和纯度。磷化铟多晶棒质地致密均匀，室温电子迁移率稳定在3400 4700cmVv. S，载流子浓度2.0 5.9X1015/cm3。坩埚采用高纯度热解氮化硼制成。高纯度无水氧化硼的含水量
<300ppm。高压炉内充入IS气，炉内压力为4. 0 5. OMPa0投料高纯铟6N、1500g ;高纯红磷6N、450g ;高纯无水氧化硼5N、水份< 300ppm、IOOg0坩埚102mm热解氮化硼磷化铟多晶棒的电学参数及成品率，参见表I。表I磷化铟多晶棒的电学参数及成品率
权利要求
1.一种高纯度磷化铟多晶棒的制备方法，其特征在于如下步骤在高压炉中设置坩埚，将高纯度铟置于坩埚中，高纯度无水氧化硼覆盖在高纯度铟之上；将高纯度磷蒸汽注入熔化的高纯度铟中，在高纯度无水氧化硼覆盖下，直接合成磷化铟；用引上杆将磷化铟多晶从磷化铟熔体中以棒状形状引出，高温时粘稠的氧化硼粘覆在磷化铟多晶棒表面，防止了磷化铟多晶棒在高温下分解，保证了磷化铟中磷和铟的化学计量比。
2.根据权利要求I所述的高纯度磷化铟多晶棒的制备方法，其特征在于坩埚采用高纯度热解氮化硼制成。
3.根据权利要求I所述的高纯度磷化铟多晶棒的制备方法，其特征在于磷化铟多晶棒质地致密均匀，室温电子迁移率稳定在340(T4700cm3/v. s，载流子浓度2. 0^5. 9 X IO15/3cm ο
4.根据权利要求I所述的高纯度磷化铟多晶棒的制备方法，其特征在于高纯度无水氧化硼的含水量< 300ppm。
5.根据权利要求I所述的高纯度磷化铟多晶棒的制备方法，其特征在于高压炉内充入氩气，炉内压力为4. 0 5· OMPa。
全文摘要
本发明公开了一种高纯度磷化铟多晶棒的制备方法，其步骤如下在高压炉中设置坩埚，将高纯度铟置于坩埚中，高纯度无水氧化硼覆盖在高纯度铟之上；将高纯度磷蒸汽注入熔化的高纯度铟中，在高纯度无水氧化硼覆盖下，直接合成磷化铟；用引上杆将磷化铟多晶从磷化铟熔体中以棒状形状引出，高温时粘稠的氧化硼粘覆在多晶棒表面，防止了磷化铟多晶棒在高温下分解，保证了磷化铟中磷和铟的化学计量比。本发明是吸收了注入法的优点而发展的新型合成法，克服了磷泡易炸的工艺难题和化学计量比的问题，同时引入了磷化铟进一步提纯的工艺，可以稳定地生产优质磷化铟多晶棒。
文档编号C30B28/04GK102628180SQ20121012167
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者刘文兵, 杜万毅, 范家骅, 黄殿军 申请人:南京金美镓业有限公司