专利名称：砷化镓晶体生长用双料壁石英玻璃管及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种石英玻璃管及其制备方法；特别是一种砷化镓晶体生长用双料壁石英玻璃管及其制备方法。
背景技术：
石英玻璃管是用二氧化硅制造的特种工业技术玻璃，是一种非常优良的基础材料，它具有一系列优良的物理、化学性能。现有技术中的连熔炉生产的石英玻璃管的整体内、外壁材料均相同，因此不能适应一些特殊的应用要求。砷化镓(GaAs)材料是目前生产量最大、应用最广泛，因而也是最重要的III - V族化合物半导体材料，是仅次于硅的最重要的半导体材料。由于其优越的性能和能带结构，使砷化镓(GaAs)材料在微波器件和发光器件等方面具有很大发展潜力。是一种直接带隙半导体材料，禁带宽度1.42^V，远大于锗的0.67 eV和硅的1.12 eV，可以制作出870nm波长近红外光发光管。直接带隙、消耗功率低等特性，电子迁移率约为硅材料的5. 7倍，介电常数小，能引入深能级杂质、电子有效质量小，能带结构特殊，可作磊晶片。所制出的这种高频、高速、防辐射的高温器件多用於光电元件和高频通讯用元件。如WLAN、W^L、光纤通讯、 卫星通讯、LMDS、VSAT等微波通讯上。现有技术中的普通石英玻璃管用于制造砷化镓晶体生长用器具材料时，存在使用寿命短、长晶良率低、器具强度低，并存在高温软化现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种原料组合更为合理、使用寿命长、强度高的砷化镓晶体生长用双料壁石英玻璃管。本发明所要解决的另一技术问题是提供了一种如上所述的砷化镓晶体生长用双料壁石英玻璃管的制备方法。本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种砷化镓晶体生长用双料壁石英玻璃管，其特点是所述的石英玻璃管的管壁由外壁层和内壁层构成，所述的内壁层由含有以下掺杂原素的二氧化硅材料制成，单位PPM，
Al6. 0-7. 0 ；
Cr0.001-0. 003 ；
K0. 01-0. 04 ；
Mn0.005-0. 02 ；
P
0. 01-0. 05
B 0. 01-0. 04 ； Cu 0.0005-0. 002 Li 0. 005-0. 02 ； Na 0. 01-0. 03 ； Ti 0. 5-1. 2 ；
Ca 0. 1-0. 5 ； Fe 0. 001-0. 03 ； Mg 0. 005-0. 02 ； Ni0. 005-0. 02
Zr 0. 01-0. 10 ；
所述的外壁层由含有以下掺杂原素的二氧化硅材料制成，单位PPM，
Al 10-16.2 ； Cr 0. 03-0. 05 ； K 0. 20-0. 60 ；
B 0. 06-0. 08 Cu 0. 03-0. 05 ； Li 0. 50-0. 90 ；
Ca 0. 1-0. 5 Fe0. 20-0. 23 ；
Mg 0. 03-0. 05 ；Mn 0. 03-0. 05 ；Na 0. 5-0. 9 ；Ni 0. 03-0. 05 ；
P 0.08-0. 10 ；Ti 1.2-1.3;Zr 1.0-1.3;
外壁层的二氧化硅材料中还含有100-200PPM的白矽石。本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。本发明还提供了一种如以上技术方案所述的砷化镓晶体生长用双料壁石英玻璃管的制备方法，其特征在于制备时，在石英连熔炉钨坩埚内放置一经高温镀钨铼处理的钼坩埚，通过连熔炉的外层料加料器和内层料加料器分别将外壁层二氧化硅材料、内壁层二氧化硅材料加至钨坩埚、钼坩埚中，拉制成型制得外壁层二氧化硅材料在外、内壁层二氧化硅材料在内的双料壁石英玻璃管。本发明砷化镓晶体生长用双料壁石英玻璃管中，外壁层料的二氧化硅的含量可以达到99. 99%左右，内壁层料的二氧化硅含量可以达到99. 999%。在内、外壁层料的掺杂了合适的元素及其配比。特别是在外壁原料中掺杂了 100-200PPM的白矽石(也即方英石 (CristcAalite)，一种结晶度低的二氧化硅)，使得其在做成石英坩埚时在外壁上能形成一层致密微小的白矽石结晶，这种微小的白矽石结晶很难被溶液渗入而剥落，即使剥落也很快被溶液溶解掉，因此可以大幅度的改善石英坩埚的使用寿命及长晶良率。另外，本发明材料还可以增加石英坩埚的强度，减少其高温软化现象。本发明石英玻璃管可以用作制造太阳能单晶和多晶生长用坩埚的原料。特别适用于生产2”-6"VGF法生长半绝缘坤化镓(GaAs)单晶用石英坩埚，也可以用来生产6‘_12“LEC 法生长半绝缘坤化镓(GaAs)单晶用的石英坩埚。
具体实施例方式以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。实施例1。一种砷化镓晶体生长用双料壁石英玻璃管，所述的石英玻璃管的管壁由外壁层和内壁层构成，所述的内壁层由含有以下掺杂原素的二氧化硅材料制成，单位PPM，
Al Cr K
Mn P
6. 0 ； 0. 001 ； 0. 01 ； 0. 005 0. 01
B 0. 01 ； Cu 0.0005 ； Li 0. 005 ； Na 0. 01 ； Ti 0. 5
所述的外壁层由含有以下掺杂原素的:
Ca 0. 1 ； Fe 0. 001 ；
Mg 0. 005 ； Ni 0. 005 ；
Zr 0. 01 ； 氧化硅材料制成，单位PPM，
Al Cr K
Mn P
10 ； 0. 03 ； 0. 20 0. 03 ； 0. 08 ；
B 0. 06 ； Cu 0. 03 ； Li 0. 50 Na 0. 5 ； Ti 1.2;
Ca Fe Mg Ni
0. 1 0. 20 ； 0. 03 ； 0. 03 ；
Zr 1.0
外壁层的二氧化硅材料中还含有100PPM的白矽石。
实施例2。一种砷化镓晶体生长用双料壁石英玻璃管，所述的石英玻璃管的管壁由外壁层和内壁层构成，所述的内壁层由含有以下掺杂原素的二氧化硅材料制成，单位PPM，Al7. 0 ；
Cr0.003
K0. 04 ；
Mn0. 02 ；
P0.05
B0. 04 ；
Cu0.002
Li0. 02 ；
Na0. 03 ；
Ti 1. 2 ；
所述的外壁层由含有以下掺杂原素的: Al 16. 2 ；B 0.08 ；
Cr 0.05 ；Cu 0.05 ；
K 0.60 ；Li 0.90 ；
Mn 0. 05 ；Na 0. 9 ；
P 0. 10 ；Ti 1.3;
Ca 0. 5 ；
Fe 0. 03 ； Mg 0. 02 ； Ni 0. 02 ； Zr 0. 10 ； 氧化硅材料制成，单位PPM， Ca0. 5 ；
Fe 0. 23 ；
Mg0.05
Ni 0. 05 ； Zr 1. 3 ；
外壁层的二氧化硅材料中还含有200PPM的白矽石。
实施例3。一种砷化镓晶体生长用双料壁石英玻璃管，所述的石英玻璃管的管壁由外壁层和内壁层构成，所述的内壁层由含有以下掺杂原素的二氧化硅材料制成，单位PPM，
Al
K
Mn P
Al Cr K
Mn P
6. 5 Cr 0. 02
B
0. 02 ； 0. 002 ；Cu
Li 0. 01 ；
0. 01 0. 02
14 ； 0. 04 ； 0. 404 0. 04 ； 0. 09 ；
Na 0. 02 ； Ti 0.8
B 0. 07 ； Cu 0. 04 ； Li 0. 70 Na 0. 7 ；
Ti 1.25;
Ca 0. 001 ；
Mg
Ni
0. 2 ；
Fe 0.002 ；
0. 01 ； 0. 01 ； Zr 0. 05 ；
所述的外壁层由含有以下掺杂原素的二氧化硅材料制成，单位PPM，
Ca0. 3 ；
Fe 0. 22 ；
Mg 0. 04 ； Ni 0. 04 ；
Zr 1. 15 ；
外壁层的二氧化硅材料中还含有150PPM的白矽石。
实施例4。实施例1或2或3所述的一种砷化镓晶体生长用双料壁石英玻璃管的制备方法，制备时，在石英连熔炉钨坩埚内放置一经高温镀钨铼处理的钼坩埚，通过连熔炉的外层料加料器和内层料加料器分别将外壁层二氧化硅材料、内壁层二氧化硅材料加至钨坩埚、钼坩埚中，拉制成型制得外壁层二氧化硅材料在外、内壁层二氧化硅材料在内的双料壁石英玻璃管。
权利要求
1. 一种砷化镓晶体生长用双料壁石英玻璃管，其特征在于所述的石英玻璃管的管壁由外壁层和内壁层构成，所述的内壁层由含有以下掺杂原素的二氧化硅材料制成，单位 PPM,Al 6. 0-7. 0 ；B0. 01-0. 04 ；Cr 0.001-0. 003 ； Cu 0.0005-0. 002 ； K 0. 01-0. 04 ； Li 0. 005-0. 02 ； Mn 0. 005-0. 02 ； Na 0. 01-0. 03 ； 0. 01-0. 05 Ti 0. 5-1. 2 ；PCa 0. 1-0. 5 ；Fe0. 001-0. 03 ； Mg 0. 005-0. 02 Ni 0. 005-0.02Zr0. 01-0. 10 ；所述的外壁层由含有以下掺杂原素的二氧化硅材料制成，单位PPM，Al10-16. 2 ；B0. 06-0. 08 ；Ca0. 1--0. 5Cr0.03-0. 05 ；Cu0. 03-0. 05 ；Fe0.20-0.23 ；K0.20-0. 60 ；Li0. 50-0. 90 ；Mg 0.03--0. 05 Mn0.03-0. 05 ；Na0. 5-0. 9 ；Ni0.03-0.05 ；P0 08-0. 10 ；Ti1. 2-1. 3 ；Zr 1.0--1. 3 ；外壁层的二氧化硅材料中还含有100-200PPM的白矽石。
2. 一种如权利要求1所述的砷化镓晶体生长用双料壁石英玻璃管的制备方法，其特征在于制备时，在石英连熔炉钨坩埚内放置一经高温镀钨铼处理的钼坩埚，通过连熔炉的外层料加料器和内层料加料器分别将外壁层二氧化硅材料、内壁层二氧化硅材料加至钨坩埚、钼坩埚中，拉制成型制得外壁层二氧化硅材料在外、内壁层二氧化硅材料在内的双料壁石英玻璃管。
全文摘要
本发明是一种砷化镓晶体生长用双料壁石英玻璃管，其特征在于所述的石英玻璃管的管壁由区别掺杂原素的二氧化硅材料制成的外壁层和内壁层构成。本发明还公开了上述双料壁石英玻璃管的制备方法。本发明双料壁石英玻璃管原料组合更为合理，它可以大幅度的改善石英坩埚的使用寿命及长晶良率，增加石英坩埚的强度，减少其高温软化现象。本发明石英玻璃管可以用作制造太阳能单晶和多晶生长用坩埚的原料。
文档编号C30B29/42GK102199000SQ20111007822
公开日2011年9月28日 申请日期2011年3月30日 优先权日2011年3月30日
发明者吕德润, 张尧, 濮晓明, 濮阳坤, 王守雨, 陶明顿, 陶静 申请人:连云港福东正佑照明电器有限公司