Способ получения монокристаллов селеногаллата серебра

 

Изобретение относится к технологии получения тройных полупроводниковых соединений типа A^IB^IIIC^V₂^I и промышленно применимо при получении монокристаллов селеногаллата серебра, которые широко используются в производстве изделий нелинейной оптики. Задачей изобретения является получение высококачественных монокристаллов селеногаллата серебра больших физических размеров (диаметром до 40 мм, длиной до 100 мм) со следующими техническими характеристиками: диапазон пропускания 0,725 - 18,0 мкм; ширина запрещенной зоны 1,83 эВ; угол фазового согласования 46 - 48 град. Сущность изобретения: способ получения монокристалла селеногаллата серебра основан на получении монокристаллов направленной кристаллизации расплава при градиенте температуры вблизи фронта кристаллизации, при этом направленную кристаллизацию проводят вытягиванием монокристалла на затравку из расплава в тигле при градиенте температуры 170 - 190 ^oC/см и постоянстве стехиометрического состава выращиваемого монокристалла со скоростью 3 - 4 мм/ч. 1 табл.

Изобретение относится к технологии получения тройных полупроводниковых соединений типа A^IB^IIIC₂^VI и может быть использовано при получении мронокристаллов селеногаллата серебра, которые широко используются в производстве изделий нелинейной оптики (мощные технологические лазеры и др.).

Известен способ получения монокристаллов селеногаллата серебра направленной кристаллизацией расплава при градиенте температуры вблизи фронта кристаллизации 30^оС/см и скорости выращивания 3-7 мм/сут [1] Выращивание проводили методом Бриджена-Стокбаргера в кварцевых ампулах диаметром 3-5 см на затравочном кристалле, ориентированном вдоль направления (001).

Недостатками способа являются низкая скорость выращивания, высокая неоднородность монокристаллов, сильное отклонение от стехиометрического состава AgGaSe₂ в сторону избытка Ga₂Se₃. С целью гомогенизации состава и устранения центров рассеивания кристаллы подвергались отжигу в парах Ag₂Se и Ag₂Se-Se при 750^оС в течение 30 сут.

Задача изобретения получение высококачественных монокристаллов селеногаллата серебра больших физических размеров с хорошей однородностью и воспроизводимостью свойств и высоким процентом выхода годных монокристаллов.

Для этого направленную кристаллизацию проводят вытягиванием монокристалла на затравку из расплава в тигле при градиенте температуры 170-190^оС/см со скоростью 3-4 мм/ч при постоянстве стехиометрического состава выращиваемого монокристалла.

При градиентах температуры менее 170^оС/см снижается устойчивость роста монокристалла и уменьшается выход годного до 20% при градиентах температуры более 190^оС/см также снижается выход годного за счет увеличения оптической неоднородности монокристаллов.

Постоянство стехиометрического состава выращиваемого кристалла обеспечивается увеличением градиента температуры на 3-5^оС на каждый сантиметр длины.

При скорости увеличения градиента температуры менее 3^оС/см длины монокристалла уменьшается скорость кристаллизации и соответствернно падает производительность процесса, при скорости увеличения градиента температуры более 5^оС/см снижается выход монокристаллов за счет возрастания брака по растрескиванию слитков.

При скорости вытягивания менее 3 мм/ч снижается производительность процесса и возрастает неоднородность монокристаллов, при скорости вытягивания более 4 мм/ч снижается выход годных монокристаллов за счет растрескивания слитков.

П р и м е р. Синтез селеногаллата серебра проводят в тигле из пиролитического нитрида бора. Загрузку компонентов галлия, серебра и селена рассчитывают из стехиометрического соотношения их в соединении. В тигель загружают 161 г серебра чистотой 99,9999, 104 г галлия и 239 г селена. Тигель с загруженными компонентами помещают в камеру установки выращивания монокристаллов и нагревают до 1035-1045^оС в течение 2 ч. Камеру установки предварительно откачивают до остаточного давления 10^-2 мм рт.ст. и наполняют инертным газом до давления 40 атм. Указанные условия в камере выдерживают в течение 15 ч, что обеспечивает получение соединения высокой гомогенности. Полученный расплав соединения охлаждают со скоростью 100^оС/ч до 700^оС, после чего скорость охлаждения увеличивают до 150-200^оС и охлаждают до комнатной температуры.

Полученный материал извлекают из тигля и контролируют рентгеновским методом фазовый состав. Синтезированный однофазный селеногаллат серебра вновь помещают в тигель установки выращивания монокристаллов. На верхнем штоке закрепляют затравку, а в тигель с загруженным селеногаллатом серебра помещают также 150 г оксида бора, который после расплавления создает на поверхности расплава в тигле слой толщиной 15 мм. Загруженные компоненты в тигле расплавляют и устанавливают температуру поверхности расплава на 10-12^оС выше температуры плавления соединения, выдерживают расплав для гомогенизации при указанных условиях в течение 30-40 мин и проводят затравливание. После затравливания вытягивают монокристалл на затравку из расплава в тигле при осевом градиенте температуры в кристалле 170-190^оС/см с увеличением градиента температуры на 3-5^оС на каждый сантиметр длины вытягиваемого монокристалла. Скорость вытягивания монокристалла 3-4 мм/ч. Монокристалл выращивают в атмосфере инертного газа при давлении 8-12 атм.

Получают монокристалл селеногаллата серебра AgGaSe₂ диаметром 40 мм и высотой 75 мм, стехиометрического состава с шириной запрещенной зоны ΔЕ 1,83 эВ, диапазоном оптического пропускания λ= 0,7-18,0 мкм, углом фазового согласования Θ=47 град, плотностью D 450 кг/мм².

Режимы экспериментов реализации способа приведены в таблице.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет получить высококачественные монокристаллы селеногаллата серебра, отличающиеся большими физическими размерами, высокой однородностью свойств и хорошими оптическими характеристиками, что невозможно получить в настоящее время другими способами.

Способ прошел испытание. В настоящее время монокристаллы селеногаллата серебра выпускаются опытными партиями для использования в производстве мощных технологических лазеров.

Формула изобретения

Способ получения монокристаллов селеногаллата серебра направленной кристаллизацией расплава при градиенте температуры вблизи фронта кристаллизации, отличающийся тем, что направленную кристаллизацию проводят вытягиванием монокристалла на затравку из расплава в тигле при градиенте температуры 170 190 град/см и постоянстве стехиометрического состава выращиваемого монокристалла со скоростью 3 4 мм/ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1