[发明专利]一种改进的磷化铟晶体合成和生长工艺及装置

权利要求书

1.一种改进的磷化铟晶体合成和生长工艺，其特征在于，包括以下步骤，

步骤S1、装料：

将金属铟、惰性流体覆盖剂放置在坩埚之中，将红磷放置在磷泡内，将坩埚置于工作腔中，对工作腔抽真空、密封隔离，向所述工作腔内充入惰性保护气体2-4MPa；

步骤S2、加热和熔体约束：

通过处于坩埚外围的电磁约束感应器加热熔融所述金属铟，保持坩埚中的金属铟熔体温度在1062℃~1162℃，且处于惰性流体覆盖剂的覆盖之下，通过电磁约束感应器产生的电磁场和在金属铟熔体中产生的感应电流的相互作用，在金属铟熔体以及随后由于磷的溶入生成的富铟熔体、磷化铟熔体的表面产生指向所述熔体内部的电磁压力，在熔体重力、电磁压力、熔体表面张力的合力作用下，使所述熔体横截面处于尺寸约束状态，使所述熔体脱离或部分脱离与所述坩埚内壁的直接接触；

通过与磷泡相邻的第一加热器加热红磷产生磷蒸汽，使磷蒸汽压高于所述工作腔内惰性气体的压强；

步骤S3、合成磷化铟：

使连通管连通坩埚内腔和磷泡内腔，将磷蒸汽注入到金属铟熔体，使磷与金属铟熔体反应合成磷化铟熔体，直至反应完成；

步骤S4、拉制晶体：

利用磷化铟晶体籽晶穿过惰性流体覆盖剂与所述磷化铟熔体熔接，进一步拉制出结晶状态的磷化铟晶体。

2.根据权利要求1所述改进的磷化铟晶体合成和生长工艺，其特征在于，所述坩埚内被约束的所述磷化铟熔体的顶部纵向呈凸型，凸型上部的横截面横径尺寸大于所拉制磷化铟晶体的横径尺寸，小于坩埚内部的横径尺寸。

3.根据权利要求1所述改进的磷化铟晶体合成和生长工艺，其特征在于，

当磷化铟晶体生长到一定长度后，开启设置在所述坩埚上方的电磁加热感应器，通过电磁加热感应器对步骤S4所拉制磷化铟晶体加热，控制所述磷化铟晶体中的纵向温度梯度分布和径向温度梯度分布。

4.一种用于权利要求1~3中任一所述改进的磷化铟晶体合成和生长工艺的装置，其特征在于，包括：

工作腔，用于维持磷化铟晶体生长过程中所需的环境；

坩埚，设置在所述工作腔内，用于盛放金属铟、磷化铟以及惰性流体覆盖剂；

磷泡，设置在所述工作腔内，用于盛放红磷；

磷泡内腔与所述坩埚腔体之间通过连通管实现连通和不连通；

第一加热器，位于所述磷泡附近，用于加热红磷，维持工艺所需的磷蒸汽压；

电磁约束感应器，设置在所述工作腔内，位于所述坩埚的外围，用于加热熔融所述坩埚内的工质，约束坩埚内工质熔体的横向截面尺寸和形状，使坩埚内金属铟熔体和磷化铟熔体的侧面与坩埚的内壁脱离接触或部分脱离接触；

电磁加热感应器，设置在所述工作腔内，位于所述坩埚的上部，用于加热所述磷化铟晶体。

5.一种改进的磷化铟晶体合成工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A1、装料：

将金属铟放置在坩埚中，将红磷放置在磷泡中，将坩埚和磷泡置于工作腔中，对工作腔抽真空、密封隔离；

步骤A2、加热及熔体约束：

通过与磷泡相邻的第一加热器加热红磷使之气化，维持工作腔内反应生成磷化铟所需的磷蒸汽压，所述磷蒸汽压高于或等于反应温度下磷化铟的离解蒸汽压，所述反应温度高于金属铟的熔点且低于磷化铟晶体的熔点；

通过位于坩埚外围的电磁约束感应器加热熔融所述金属铟，保持金属铟熔体或由于磷蒸汽扩散所形成的富铟熔体的温度范围在500℃~1062℃；通过电磁约束感应器产生的电磁场、和在金属铟熔体或富铟熔体中产生的感应电流的相互作用，在熔体的表面产生指向熔体内部的电磁压力，在熔体重力、电磁压力、熔体表面张力的合力作用下，使金属铟熔体或富铟熔体的横截面处于尺寸约束状态，使金属铟熔体或富铟熔体脱离或部分脱离与所述坩埚内壁的直接接触；

步骤A3、合成磷化铟：

金属铟熔体与气态磷接触反应生成磷化铟，磷化铟在熔体的低温段析出磷化铟晶体，直至所有的金属铟熔体与气态磷反应生成磷化铟晶体。