[发明专利]一种消除浮渣对无位错锗单晶成晶影响的方法

说明书

本发明公开一种消除浮渣对无位错锗单晶成晶影响的方法，该方法包括：向双悬浮坩埚内投入高纯锗锭，抽真空；按加热化料工艺来设定加热功率和坩埚位置并熔化锗料；加热化料完成后，将加热功率迅速降低同时坩埚位置相对于加热化料时坩埚位置升高，并维持6‑12min；增加坩埚转速并维持3‑10min；切换至引晶阶段所要求加热功率、坩埚位置以及转速参数进行引晶。本发明通过迅速降低温度和增加坩埚转速等调节实现熔体液面部分的熔体向坩埚内壁流动的效果，使浮渣随熔体流动到坩埚壁并附着到悬浮坩埚内壁，而正常的引晶、放肩、等径等阶段的工艺范围变动下，浮渣不会再次被流体带回液面，从而消除浮渣对锗单晶后续生长过程的影响。

技术领域

本发明具体涉及一种消除浮渣对无位错锗单晶成晶影响的方法，属于晶体生长技术领域。

背景技术

锗单晶具有良好的红外性能、其红外光透过率及折射指数高，色散低，同时还具有其化学稳定性好、机械强度高等优点，是3-12μm波段红外光透过窗口首选材料。红外光学窗口用途锗单晶通常为掺杂锑的n型锗单晶，该类锗单晶对电阻率值大小及均匀性有较高要求，对晶体缺陷要求较低。另一类大直径(4英寸以上)重掺杂镓的p型锗单晶因作为航空航天领域光伏电池衬底材料而日益受到关注，以锗单晶片作为衬底的砷化镓化合物多结电池具有转化效率高、相对重量和体积小、优异的抗宇宙射线辐射性能等优点，在外太空太阳能发电系统中已完全取代传统硅电池；该类锗单晶中的位错等晶体缺陷直接影响到砷化镓电池填充因子(FF)、光电转换效率(EFF)及电池寿命等关键性能，因此要求该类锗单晶位错等晶体缺陷尽可能少，国外航天领域应用甚至要求为无位错。红外光学及光伏领域的应用使得锗单晶材料的需求不断增大，锗单晶市场前景广阔。

锗单晶的主要生长方法包括直拉法(CZ)和垂直梯度凝固法(VGF)，这两种方法均已实现商业化生产，从锗单晶产品性能来看，直拉法所生产的锗单晶在电阻率均匀性及位错控制方面均优于垂直梯度凝固法，同时在生长更大直径锗单晶时VGF法难度较大，因此目前采用直拉法技术生长锗单晶厂家占多数。

直拉法生长锗单晶是利用旋转着的籽晶从坩埚中的熔体中提拉制备出单晶的方法，拉晶过程在单晶炉中实现。直拉法技术制备锗单晶的过程分为抽真空、加热化料、除浮渣、引晶、放肩、转肩、等径、收尾等几个阶段。锗单晶体生长的引晶、放肩、等径等阶段，如果熔体表面存在由于原料引入、腔室掉落或化料氧化等原因导致的浮渣，很容易在生长过程中粘附到已经结晶的单晶体表面，影响散热和结晶，导致单晶中位错缺陷的产生，最终出现断棱和变晶，存在浮渣影响时，无法实现无位错锗单晶的正常生长。

现有锗单晶生长时除浮渣工艺的技术方案为：加热化料后，利用籽晶浸入熔体结晶，快速提拉，使得浮渣粘着在结晶体，然后利用单晶炉带有闸板阀的副室结构，判断浮渣已完全粘附在结晶体上后将结晶体提拉到副室，关闭闸板阀，待冷却到合适温度打开副室门截断籽晶取出结晶体，再关闭副室门抽真空置换后打开闸板阀进入下一步工艺。现有出副室除浮渣工艺存在以下几点问题：(1)效率低，出副室除渣需要的工艺时间过长，结晶块生长、冷却、副室抽真空置换等过程需要5-8小时的时间；(2)除渣效果不理想，除未完全粘附到结晶体的浮渣外，经出副室除渣过后，还是有可能因除渣过程导致的轻微氧化造成二次产生浮渣，少量浮渣依然威胁无位错锗单晶的成晶；(3)成本高，出副室除渣方法除渣过程消耗电能，产生了粘附有浮渣的结晶体造成锗原料损耗。

发明内容

针对现有出副室除浮渣工艺所存在的缺陷与不足，结合申请人自主设计的双悬浮坩埚结构，本发明提供了一种消除浮渣对无位错锗单晶成晶影响的方法来替代现有的出副室除浮渣工艺，其可消除浮渣对无位错锗单晶成晶的影响，提高效率，降低成本。

本发明结合申请人的自主专利《双悬浮坩埚》(CN201520815U)所描述的悬浮坩埚在单晶生长过程中的转动特点，提供了一种快速消除浮渣对无位错锗单晶生长影响的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：