[发明专利]一种磷硅镉单晶的水平生长装置及生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及磷硅镉单晶制备技术领域，特别涉及一种磷硅镉单晶的水平生长装置及生长方法。

背景技术

磷硅镉(CdSiP₂，简称为CSP)晶体是一种II-IV-V族黄铜矿类半导体化合物，具有很高的透光范围(0.5-9.0μm)、晶体非线性系数(d₃₆＝4.5pm/V)、热导率(3.6W/m·K)及显微硬度(30kg/mm²)。磷硅镉可以用作1.064μm的Nd:YAG激光器、1.55μm的饵离子激光器和2.05μm的Ho:LYF激光器等激光泵浦，在定向红外激光干扰、红外跟踪、激光雷达、激光制导、卫星预警、红外遥感、环境监控、红外测距、红外成像、红外光谱、红外医疗等军事和民用领域具有广泛的应用前景。因此，目前有很多的研究是关于磷硅镉单晶的生长方法。

举例来说，Kevin T等公开了一种在内部镀有金层的透明玻璃罩内、水平梯度生长磷硅镉单晶的方法，具体可以参见Growth and characterization of large CdSiP₂ single crystals,Journal of Crystal Growth,2010,312:1127-1132。另外，CN102168299A及CN102899714A还公开了一种在垂直放置的生长容器内采用布里奇曼法生长法来生长磷硅镉单晶的方法。

对于Kevin T等水平梯度生长磷硅隔单晶的方法，在实施单晶生长的过程中，由于镀覆在玻璃罩内部的镀金层容易挥发，所以需要定期更换而增加了成本。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种成本低的磷硅镉单晶的水平生长装置。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供以下的技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种磷硅镉单晶的水平生长装置用热解氮化硼舟状坩埚，包括：顺次连接的晶核生长段、过渡段和单晶生长段，

所述晶核生长段的长度和宽度均小于所述单晶生长段的长度和宽度，

所述晶核生长段的第一端部呈尖顶状，

所述晶核生长段的第二端部通过所述过渡段与所述单晶生长段连接。

具体地，作为优选，所述晶核生长段的第一端部呈楔形。

具体地，作为优选，所述晶核生长段的第一端部的楔形角为10°-150°。

第二方面，本发明实施例提供了一种磷硅镉单晶的水平生长装置，包括：外层石英管、内层石英管和本发明实施例提供的上述热解氮化硼舟状坩埚，

所述热解氮化硼坩埚热解氮化硼舟状坩埚套装在所述内层石英管内，所述热解氮化硼舟状坩埚的外壁与所述内层石英管的内壁之间具有空隙，

所述内层石英管套装在所述外层石英管内，所述内层石英管的外壁与所述外层石英管的内壁之间具有空隙。

具体地，作为优选，所述磷硅镉单晶的水平生长装置还包括多个定位块，所述定位块设置在所述内层石英管及所述热解氮化硼舟状坩埚的外壁上。

第三方面，本发明实施例提供了利用本发明实施例提供的上述磷硅镉单晶的水平生长装置生长磷硅镉单晶的方法，包括：

步骤a、将磷硅镉多晶放入热解氮化硼舟状坩埚内，得到装填有磷硅镉多晶的热解氮化硼舟状坩埚；

步骤b、将所述装填有磷硅镉多晶的热解氮化硼舟状坩埚放入干燥的内层石英管内，抽真空后密封，得到装填有热解氮化硼舟状坩埚的内层石英管；

步骤c、将所述装填有热解氮化硼舟状坩埚的内层石英管放入干燥的外层石英管内，抽真空后导入惰性气体，然后密封，得到装填有热解氮化硼舟状坩埚的双层石英管；

步骤d、将所述装填有热解氮化硼舟状坩埚的双层石英管放入水平晶体生长炉内，以50-200℃/h的速率使所述水平晶体生长炉升温至1133-1180℃，使热解氮化硼舟状坩埚内的磷硅镉多晶熔化成熔体；

步骤e、以5-20℃/cm的温度梯度和0.1-5mm/h的晶体生长速率使所述熔体全部结晶，所述温度梯度沿着热解氮化硼舟状坩埚的晶核生长段至单晶生长段的方向逐渐增加；

步骤f、以5～20℃/h的降温速率使所述水平晶体生长炉降温至1000℃，再以20～40℃/h的降温速率使所述水平晶体生长炉降温至500℃或以下，冷却至室温，得到所述磷硅镉单晶。

具体地，作为优选，所述步骤a中，所述磷硅镉多晶的放入量以使所述磷硅镉多晶的熔体均布在所述热解氮化硼舟状坩埚内，并使位于晶核生长段的所述磷硅镉多晶的熔体的体积大于等于晶核生长段的容积的1/5为宜。