加有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料及其制备方法技术

一种含有补偿掺杂剂的ＧａＡｓ激光窗口材料，该激光窗口材料是采用原料为Ｇａ和Ａｓ，经合成、拉晶而制成，其特征在于：在合成前所采用的原料还有补偿掺杂剂氧化铬Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］，补偿掺杂剂氧化铬Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］剂量为Ｇａ和Ａｓ量的ｘ　　ｗｔ％，且ｘ为０＜ｘ≤０．０５。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
目前，高功率激光器要求透明的透镜和窗口元件。对所有的窗口材料来说，红外光吸收系数是GaAs激光窗口材料的一个十分关键参数。没有电活性杂质的本征GaAs材料应该是半绝缘。但传统的液封直拉发(LEC)生长的非掺GaAs晶体，由于原材料的纯度和生长过程中的沾污，其电阻率很低，残余载流子浓度达到1015cm-3。而自由载流子的光吸收是影响GaAs激光窗口材料光吸收的重要因素；因此，选择合适的补偿掺杂剂，有效降低自由载流子浓度是降低GaAs激光窗口材料光吸收的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低自由载流子浓度的高阻特性的。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案一种含有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料，该激光窗口材料是采用原料为Ga和As，经合成、拉晶而制成，其中，在合成前所采用的原料还有补偿掺杂剂氧化铬Cr2O3，补偿掺杂剂氧化铬Cr2O3剂量为Ga和As量的重量百分数xwt％表示，且x为0＜x≤0.05。在上述的含有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料中，原料中的Ga和As的理论上的摩尔比为1∶1，但是，在实际生产中，砷比镓的摩尔数稍高，镓和砷摩尔比基本为1∶1.003-1.050。在上述的含有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料中，所述的补偿掺杂剂氧化铬Cr2O3剂量为Ga和As量的优选范围是0.01-0.03wt％。本专利技术的制备含有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料的方法，包括下述步骤(1)采用原料为Ga和As，镓和砷摩尔比为1∶1.003-1.050；补偿掺杂剂氧化铬Cr2O3剂量为Ga和As量的xwt％，且x为0＜x≤0.05，液封覆盖剂采用B2O3；(2)将补偿掺杂剂氧化铬Cr2O3、Ga、As、B2O3一并装入合成炉中，加热升温至合成温度，气氛压力为6.5-7.5 MP；GaAs合成完后再升温至GaAs熔点，减压为1.5-2MPa气压拉晶，晶体生长速度为8-12mm/h，当晶体脱离覆盖剂B2O3后，再降至室温，即制成含有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料。本专利技术的制备含有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料的方法与常规的制备GaAs光电子用半导体材料的工艺参数基本相同，其不同点是，在原料中加入了补偿掺杂剂氧化铬Cr2O3。覆盖剂B2O3的厚度以8-15mm为宜。补偿掺杂剂氧化铬Cr2O3剂量为Ga和As量的xwt％，且x为0＜x≤0.05，当补偿掺杂剂氧化铬Cr2O3剂量超过Ga和As量的0.05wt％，晶体中开始会出现铬的沉淀物。此外，补偿掺杂剂氧化铬Cr2O3剂量的加入量与原材料Ga和As的纯度有关。一般说来，较低纯度的Ga和As原材料，所加入的补偿掺杂剂氧化铬Cr2O3剂量要高一些，对于0.999999％纯度的Ga和As，所加入的补偿掺杂剂氧化铬Cr2O3剂量以不超过Ga和As量的0.05wt％为宜。所采用气体为高纯氮气或高纯氦气等。本专利技术的优点是本专利技术的含有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料是高阻特性GaAs晶体材料，由于加入了补偿掺杂剂氧化铬Cr2O3，从而降低自由载流子浓度在10.6um处引起的红外光吸收；同时有效抑制碳、硅杂质沾污。附图说明图1为本专利技术的含有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料的透射谱图2为本专利技术的制备含有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料工艺流程图具体实施方式本专利技术的制备含有补偿掺杂剂GaAs激光窗口材料工艺流程图如图2所示。实施例1如图2所示，先将液封覆盖剂B2O3进行脱水，再将石英坩埚进行清洁处理，然后将石英坩埚烘干。采用的原料为6N Ga和6N As，镓砷摩尔比基本为1∶1.01；补偿掺杂剂氧化铬(Cr2O3)剂量为6NGa和6NAs量的0.02wt％。液封覆盖剂为脱水B2O3。合成炉采用石英坩埚Φ100×85mm，装料理1500-1800g，晶转20-30r/min，埚转10-15r/min。将补偿掺杂剂氧化铬(Cr2O3)、6NGa、6NAs、B2O3一并装入石英坩埚中，抽真空满足要求(基本真空)后，充高纯氮气或高纯氦气，加热升温至合成温度650℃，合成压力约为7MP；等GaAs合成完后再升温至GaAs熔点1238℃，减压至1.5-2MPa气压拉晶，晶体生长速度为8-12mm/h，拉晶结束，等晶体脱离覆盖剂B2O3后，再降至室温，即完成含有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料的拉晶过程。实施例2-6除采用补偿掺杂剂氧化铬(Cr2O3)剂量的含量不同外，其余都与实施例1相同。其中，实施例2-6补偿掺杂剂氧化铬(Cr2O3)剂量分别为6NGa和6NAs量的0.03wt％、0.04wt％、0.01wt％、0.015wt％、0.018wt％。实施例1所制成的含有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料中的杂质含量的分析数据如表1表1 表1可以看出，Cr，C，Si等杂质比“A.G.ThompsonTechnical Summary Reporton Contract N00014-70-C-0132，1970”一文中的报道小得多。碳和硅杂质浓度得以有效降低。实施例1所制成的含有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料在室温下的红外透射谱如图1所示。图1是厚度d为4.948mm；自由载流子浓度n＝3.44×106cm-3；载流子迁移率u＝2650cm-2v-1s-1的样品的红外透射谱。高阻GaAs晶体室温下的红外透射谱看出波数800cm-1-4000cm-1范围内，红外透射率基本保持不变，自由载流子对吸收系数的贡献很小；轻掺Cr高阻GaAs晶体在波数2000cm-1(5um)附近区域红外透射率稍有降低，说明Cr对红外透射比的影响很小，Cr浓度很低。波数2500-4000cm-1(2.5-4um)范围内是Fe的红外吸收区，而图1中红外透射率为一常数，说明Fe浓度很低，与表1中GaAs中杂质Fe含量质谱分析一致。实施例1-6所制成的含有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料中的自由载流子浓度、电阻率和10.6um处光吸收系数测量结果如表2所示。表2 表2可知，掺氧化铬的GaAs晶体，电阻率高约4×108Ω·cm；自由载流子浓度很低(n≤5×106cm-3)，由此引起的吸收系数很小，自由载流子对吸收系数的贡献可以忽略。综上所述，采用本专利技术的制备含有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料的方法，即LEC法生长的GaAs晶体中，碳和硅两种杂质是主要的残余杂质；掺氧化铬(Cr2O3)，容易满足晶体的补偿条件，获得高阻特性GaAs晶体材料，从而降低自由载流子浓度引起的光吸收；同时有效抑制碳、硅杂质沾污。权利要求1.一种含有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料，该激光窗口材料是采用原料为Ga和As，经合成、拉晶而制成，其特征在于在合成前所采用的原料还有补偿掺杂剂氧化铬Cr2O3，补偿掺杂剂氧化铬Cr2O3剂量为Ga和As量的xwt％，且x为0＜x≤0.05。2.根据权利要求1所述的含有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料，其特征在于所述的补偿掺杂剂氧化铬Cr2O3剂量为Ga和As量的0.01-0.03wt％。3.一种制备权利要求1所述的含有补偿掺杂剂的GaAs激光窗口材料的方法，其特征在于该方法包括下述步骤(1)用原料为Ga和As，镓和砷摩尔比为1∶1.003-1.050本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黎建明，屠海令，郑安生，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，国瑞电子材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：