[发明专利]氮化镓晶体的制造方法

说明书

一种氮化镓晶体的制造方法，其包括：其中通过将氮溶解在包含镓和钠的混合熔体中以生长氮化镓晶体(5)的生长步骤，以及其中使包含镓和钠的合金(51)与使钠离子化的液体(52)反应从而使钠离子和镓(55)从所述合金(51)分离且回收所分离的镓(55)的回收步骤。

本申请是申请日为2014年11月27日、申请号为201480077198.1、发明名称为“氮化镓晶体的制造方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及氮化镓晶体的制造方法，和具体地，涉及当通过助熔剂法(fluxmethod)制造氮化镓晶体时收集残留的镓的技术。

背景技术

助熔剂法已知作为第13族氮化物晶体例如氮化镓晶体的制造方法。在助熔剂法中，在反应容器中形成包含碱金属或碱土金属和第13族元素的混合熔体(助熔剂)，且将原料气体(source gas)例如氮气溶解在所述混合熔体中以形成过饱和状态。在所述混合熔体中，第13族氮化物晶体的自发成核发生，或者从作为核(晶核)的晶种生长第13族氮化物晶体。

当通过助熔剂法生长这样的晶体时，在生长步骤之后残留在反应容器中的是氮化镓晶体、碱金属或碱土金属、第13族元素、以及由碱金属或碱土金属和第13族元素构成的合金。为了从所述反应容器取出第13族氮化物晶体，需要除去残留的碱金属或碱土金属、第13族元素、以及由碱金属或碱土金属和第13族元素构成的合金。

当收集和再利用已经用作混合熔体的碱金属或碱土金属和第13族元素时，可提高大规模生产中的生产率。因此，本领域仍需要收集处于可再利用状态的混合熔体。对于通过使用钠(Na)作为碱金属和镓(Ga)作为第13族元素制造氮化镓(GaN)晶体，公开了涉及在晶体生长结束时除去残留在反应容器中的钠、镓和Ga-Na合金的以下方法。

从反应容器除去钠的方法是已知的。在这样的方法中，通过添加与钠反应的醇(在大多数情况下，乙醇)或水使钠离子化(当添加乙醇时，形成乙醇钠；而当添加水时，形成氢氧化钠溶液)而将钠除去。然而，这样的除去方法是高度反应性的，且存在点燃醇或导致氢气爆炸的风险。专利文献1公开了控制醇和水的温度以保证安全的方法。专利文献2公开了以液化状态分离和收集钠的方法。在该方法中，在不与钠发生反应的介质例如煤油中，将钠加热至高于其熔点的温度且使其熔融。

用于从反应容器除去镓的方法是已知的。在这样的方法中，通过添加与镓反应的强酸例如盐酸、硝酸或王水使镓离子化而将镓除去。专利文献3和4公开了通过在从反应容器除去钠之后将反应容器中残留的镓加热至高于其熔点(29.8℃)的温度而从晶体除去镓的方法。Ga-Na合金(金属间化合物)的除去方法是已知的，如非专利文献1中所公开的。在非专利文献1中，通过添加与合金反应的王水使构成所述合金的元素离子化而将所述合金除去。

当通过助熔剂法制造氮化镓晶体时，原材料效率(第13族元素的消耗量/第13族元素的初始量×100)为约60-95％。如专利文献1、3和4以及非专利文献1中所描述的，当使用数克至几十克的镓时，不必收集未反应的镓。然而，当使用几百至几千克的镓制造大的氮化镓晶体时，收集和再利用未反应的镓可降低制造成本。不幸的是，专利文献1-4和非专利文献1没有提及在晶体生长结束时从反应容器中残留的Ga-Na合金分离和收集镓的方法。

对于通过使用钠作为碱金属和镓作为第13族元素制造氮化镓晶体，公开了以下方法：其涉及在晶体生长结束时除去残留在反应容器中的钠和镓。

专利文献5公开了在晶体生长之后且在混合熔体凝固(固化)之前通过抽吸而除去由碱金属或碱土金属和第13族元素构成的合金的方法。在该过程之后，将第13族氮化物晶体取出。然而，该方法不能将合金中的镓和钠分离。因此，在已经抽吸除去而作为混合熔体再利用的合金中难以获得镓对钠的精确组成比。