Патент на изобретение №2249063

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШИХТЫ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ С ВЮРЦИТНОЙ СТРУКТУРОЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к химической технологии, а именно к технологии приготовления поликристаллической шихты для выращивания оксидных монокристаллов с вюрцитной структурой состава LiMeO₂, использующихся для изготовления подложек для эпитаксиального роста нитрида галлия. Способ получения шихты для выращивания монокристаллов с вюрцитной структурой состава LiMeO₂ включает смешивание оксида металла, входящего в состав формулы монокристалла, с карбонатом лития, взятых в стехиометрическом соотношении, и спекание в тигле. Перед смешиванием соединения элементов, входящих в состав формулы монокристалла LiMeO₂, где Me – алюминий или галлий, предварительно подвергают измельчению до размера частиц не более 2 мкм и нагреванию в пределах устойчивости этих соединений, а спекание осуществляют при температуре, составляющей 87-88% от температуры плавления соответствующего монокристалла, в течение 6 часов в алундовом тигле. Изобретение позволяет получать шихту в компактном рациональном виде – в форме профилированных таблеток любого диаметра, равного диаметру тигля для выращивания высококачественных монокристаллов состава LiMeO₂. 1 табл.

Данное изобретение относится к получению поликристаллической шихты для выращивания оксидных монокристаллов из расплавов, а именно монокристаллов с вюрцитной структурой состава LiMeO₂ – перспективных материалов для изготовления подложек для эпитаксиального роста нитрида галлия.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ получения моноалюмината лития с вюрцитной структурой путем спекания карбоната лития с оксидом алюминия (Н.А.Lеnmann, H.Hesselbarth. Uber eine neue Modifikation des LiAlO₂

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание высокопроизводительного, экономически выгодного способа получения шихты в компактном рациональном виде – в форме профилированных таблеток любого диаметра с целью выращивания высококачественных монокристаллов с вюрцитной структурой состава LiMeO₂, использующихся для изготовления подложек для эпитаксиального роста нитрида галлия.

Указанная техническая задача решается за счет того, что в известном способе получения шихты для выращивания монокристаллов с вюрцитной структурой состава LiMeO₂, включающем смешивание оксида металла, входящего в состав формулы монокристалла, с карбонатом лития (Li₂CO₃), взятых в стехиометрическом соотношении, и термообработку в тигле, перед смешиванием соединения элементов, входящих в состав формулы монокристалла LiMeO₂, где Me – алюминий (Al) или галлий (Ga), предварительно подвергают измельчению до размера частиц не более 2 мкм и нагреванию в пределах устойчивости этих соединений, а спекание осуществляют при температуре, составляющей 87-88% от температуры плавления соответствующего монокристалла в течение 6 часов в алундовом тигле.

Сопоставительный анализ предполагаемого изобретения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что перед смешиванием соединения элементов, входящих в состав формулы монокристалла LiMeO₂, где Ме – Аl (алюминий) или Ga (галлий), подвергают измельчению до размера частиц не более 2 мкм и нагреванию в пределах устойчивости этих соединений, а спекание осуществляют при температуре, составляющей 87-88% от температуры плавления соответствующего монокристалла, в течение 6 часов в алундовом тигле.

Предварительное измельчение соединений карбоната лития Li₂CO₃ и оксида металла Аl₂О₃ или Ga₂О₃ до смешивания позволяет увеличить площадь взаимодействия реагирующих частиц, что в конечном итоге увеличивает скорость синтеза соединений, тем самым увеличивает производительность процесса. Измельчение соединений до размера частиц не более 2 мкм обеспечивает оптимальные результаты. Недостаточное измельчение частиц, а именно до размера более 2 мкм, замедляет скорость взаимодействия этих частиц или увеличивает время, необходимое для этого взаимодействия, а это экономически невыгодно.

После измельчения, соединения элементов, перед смешиванием, каждый по отдельности, подвергают нагреванию в пределах устойчивости каждого из них, достигая верхней границы этого предела и не превышая его, что предотвращает последующее нарушение стехиометрии расплава, а следовательно, обуславливает исключение выращивания некондиционных кристаллов. Нагревание до температуры выше предела устойчивости хотя бы одного из них приводит к нарушению стехиометрии расплава при наплавлении синтезированной шихты, что в конечном итоге ухудшает качество выращиваемых монокристаллов.

Спекание смесей карбоната лития с оксидом алюминия (Li₂СО₃+Аl₂О₃) или карбоната лития с оксидом галлия (Li₂СО₃+Ga₂O₃) при температурах, составляющих 87-88% от температуры плавления соответствующего кристалла, позволяет предотвратить расплавление шихты на стадии ее синтеза, а следовательно, ее взаимодействие со стенками тигля, и позволяет получать ее в рациональном компактном виде – в форме профилированных таблеток. Спекание смесей при температурах ниже нижнего предельного значения не позволяет получать шихту в компактном виде в форме профилированных таблеток диаметром 86-100 мм, а следовательно, обеспечить полную загрузку тигля, из которого осуществляется последующий рост соответствующего монокристалла. Спекание же смесей при более высокой температуре, выше верхнего предельного значения, приводит к прилипанию их к стенкам тигля, что свидетельствует о начале их взаимодействия с материалом тигля, и, как следствие этого, происходит загрязнение полученной шихты и последующий рост некачественных кристаллов.

Спекание смесей в течение 6 часов достаточно для получения шихт в рациональном экономическом виде в форме профилированных таблеток металюмината лития – LiAlO₂ или метагаллата лития – LiGaO₂ диаметром 86-100 мм, которые позволяют при выращивании соответствующих монокристаллов получать более качественные кристаллы за счет исключения нарушения стехиометрического состава шихт.

Спекание смесей менее 6 часов не дает возможности получать таблетированную шихту (таблетки рассыпаются), обуславливающую высокое качество выращиваемых кристаллов, а выдержка более 6 часов экономически нецелесообразна.

Пример конкретного выполнения.

Исходные соединения элементов – карбонат лития (Li₂СО₃) и оксид металла, входящий в состав формулы монокристаллов – оксид алюминия (Аl₂О₃) или оксид галлия (Ga₂О₃) до смешивания, каждый по отдельности, подвергают измельчению до размера частиц не более 2 мкм, а затем нагреванию в пределах устойчивости этих соединений. Нагревание карбоната лития проводят при температуре в пределах устойчивости этого соединение, достигая его верхней границы – 100°С, чтобы исключить разложение на оксид лития и углекислый газ. Нагревание оксида алюминия и оксида галлия проводят, нагревая соеднение до температуры 600°С, при которой данные оксиды устойчивы. После предварительной обработки соединений готовят 1240,4 г смеси (масса каждой их трех таблеток), содержащей карбонат лития и соответствующий оксид металла в стехиометрическом соотношении 1:1. Смесь тщательно перемешивают в полиэтиленовой банке с использованием смесителя типа “пьяная бочка”. Затем смесь загружают в алундовый тигель, а именно в пространство между его внутренними стенками и алундовой трубкой, установленной в центральной части тигля. Подготовленный тигель со смесью соединений подвергают спеканию при температуре, составляющей 87-88% от температуры плавления соответствующего получаемого монокристалла (метагаллата или метаалюмината лития), в течение 6 часов. В результате получаем профилированные таблетки шихты для выращивания монокристаллов метаалюмината или метагаллата лития с вюрцитной структурой. Результаты опытов сведены в таблицу.

Предложен высокопроизводительный, экономически выгодный способ получения шихты для выращивания монокристаллов с вюрцитной структурой состава LiMeO₂, где Me – Al или Ga, позволяющий:

– получать профилированные таблетки качественной шихты необходимой массы и размеров при выращивании из него монокристалла;

– избежать нарушения стехиометрии расплава, так как синтезированные таблетки полностью используются при наплавлении их в иридиевый тигель для последующего выращивания монокристаллов, а следовательно, получать однородные по своему составу монокристаллы для изготовления подложек для эпитаксиального роста нитрида галлия.

Формула изобретения

Способ получения шихты для выращивания монокристаллов с вюрцитной структурой состава LiMeO₂, включающий смешивание оксида металла, входящего в состав формулы монокристалла, с карбонатом лития, взятых в стехиометрическом соотношении и спекание в тигле, отличающийся тем, что перед смешиванием соединения элементов, входящих в состав формулы монокристалла LiMeO₂, где Ме – алюминий или галлий, предварительно подвергают измельчению до размера частиц не более 2 мкм и нагреванию в пределах устойчивости этих соединений, а спекание осуществляют при температуре, составляющей 87-88% от температуры плавления соответствующего монокристалла, в течение 6 ч в алундовом тигле.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 26.06.2005

Извещение опубликовано: 27.01.2007 БИ: 03/2007