[发明专利]一种用于硒化锌单晶体生长的安瓿

说明书

本发明是依据审查员的审查意见提出的分案申请。原申请的名称为“一种硒化锌单晶体生长方法及其生长容器”。原申请的申请日为2008年9月1日，申请号为2008101507709。

技术领域

本发明涉及光电材料领域，具体是一种硒化锌单晶体生长方法及其生长容器。

背景技术

硒化锌(ZnSe)单晶体是一种II-VI族宽禁带化合物半导体材料，由于其优秀的物理化学性质，在蓝光半导体发光器件、非线性光电器件、核辐射探测器件和近紫外-可见光探测器件方面具有重要的应用前景。但由于硒化锌具有1526℃的高熔点，高温时两种组元蒸气压很大、晶体热导率低、生长时需采用符合化学计量比的高纯度硒化锌粉末原料，因此，制备大尺寸的硒化锌单晶体存在困难，生长硒化锌晶体成本很高。目前硒化锌单晶的制备方法主要有熔体法、高温溶液法、固相再结晶法和传统气相生长法等。熔体法的不足是：(1)晶体生长需要耐高温高压容器，成本极高，不安全性增大；(2)生长的晶体缺陷严重，应力大，晶体偏离化学计量比严重，质量不高。高温溶液法的不足是：需要高纯硒化锌多晶原料，生长需要高温高压容器，硒化锌在溶剂中溶解度小，生长的晶体夹杂严重，难以生长高质量晶体。固相再结晶法的不足是：需要高纯硒化锌多晶原料，生长的晶体孪晶多、应力大，生长成本高。传统气相生长法的不足在于：需要高纯的符合化学计量比的硒化锌多晶原料，受一致升华动力学限制，晶体生长需多步完成，成本较高。

发明内容

为克服现有技术存在的硒化锌单晶体生长步骤复杂、成本高的不足，本发明提出了一种用于硒化锌单晶体生长的安瓿。

本发明提出的生长硒化锌单晶生长过程是在安瓿中一步完成，原料为单质锌和单质硒，其生长过程包括以下步骤：

1.清洁安瓿：

清洁安瓿是将石英安瓿内壁进行去除杂质的过程，以便减少晶体中的杂质水平。清洁过程采用综合清洗、氢氧焰强力火烤和退火相结合的工艺，具体包括：

(1)综合清洗

先用自来水冲洗石英安瓿内部，然后用丙酮浸泡安瓿内壁10～12小时，再用王水浸泡10～12小时，最后用电阻率高于15MΩ·cm的超纯去离子水反复冲洗3～5次，从而去除安瓿内的有机物污染和无机物杂质。

(2)强力火烤

先将清洗好的安瓿置于真空烘箱中，温度控制在120～130℃，时间3～5小时，除去安瓿中的水蒸气，然后从安瓿底部到开口方向顺次用流量比为H₂∶O₂＝3∶1的氢氧焰火烤5分钟，使安瓿内部的难以清洗的杂质在高温下蒸发去除。

(3)退火

氢氧焰火烤安瓿结束后，立即将安瓿在1250℃下保温20分钟进行退火，以便消除氢氧焰火烤时产生的热应力，保证安瓿使用安全。

2.装料并密封安瓿：

将纯度为99.999％的硒和纯度为99.999％的锌装入清洁后的安瓿中，进而装入浓度为3～9mg·cm^-3、纯度为99.999％的碘单质作为气相反应促进剂，并将装有碘单质的安瓿冷却至-20℃以下，以避免碘在室温下挥发损失。然后抽真空除去安瓿中的空气，当安瓿中气压降为0.5×10^-3～5×10^-3Pa数量级时密封安瓿。

3.密封安瓿生长区的热清洗：

将密封的安瓿垂直或者水平放置于晶体生长炉内。首先使安瓿之生长区温度高于原料区温度，生长区温度为980～1020℃，原料区温度750℃，在高的温度梯度驱动力作用下，装料时吸附于生长区的原料颗粒被彻底驱赶到原料区，以便生长区达到热清洗的目的。

4.晶体生长：

待密封的安瓿热清洗后，重新调整炉子温场为生长温场，以便使安瓿生长区温度低于原料区温度。生长区温度为880～920℃，原料区温度为920～970℃，生长区温度梯度控制在3～5℃·cm^-1。保持上述条件15天以上，即可完成硒化锌单晶体的生长。单晶体生长完成后，按50℃·h^-1的速率冷却至室温即可获得硒化锌单晶。

本发明还提出了一种用于硒化锌单晶体生长的安瓿，该安瓿用电子级高纯石英制成，安瓿的生长区是由通过安瓿中轴的截面上的两段弧相切构成的锥状体，锥状体的长度为25～30mm，两段弧在中轴方向上与距离椎点8～12mm的垂线相交于两点，通过此二交点的两条切线构成的锥角θ为18～25°。安瓿管内径根据生长晶体的直径确定，生长晶体时的安瓿长度为10～15cm。安瓿的基本结构是Zn和Se单质易于混和的结构。