利于导模法3-4英寸β相氧化镓单晶生长等径方法技术

技术编号：40416609 阅读：6 留言：0更新日期：2024-02-20 22:34

一种利于导模法3‑4英寸β相氧化镓单晶生长等径方法，坩埚和模具清洗晾干；放进处理炉抽真空、加热、保温后取出；将模具固定在坩埚中，放入Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;原料后放入单晶生长炉，抽真空、充CO<subgt;2</subgt;、加热原料融化、降温，将坩埚和模具取出；坩埚中放入Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;原料，抽真空、充CO<subgt;2</subgt;；加热、保温，坩埚两个矩形开口加大模具边缘处Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;原料的挥发量；将籽晶放入模具中心，待籽晶底部融化，提拉籽晶，使晶体进入放肩生长过程；放肩结束后，晶体生长进入等径过程，坩埚上部矩形开口使模具顶部V形口长度方向上的温度梯度降低；待晶体等径生长完毕，将晶体提拉出至模具上方，生长完成。该方法有利于晶体进行等径生长，提高了生长晶体质量。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利于导模法3-4英寸β相氧化镓单晶生长等径方法，属于单晶生长。

技术介绍

1、ga2o3拥有五种晶相，其中β相氧化镓（β-ga2o3）是一种比较稳定的晶相。β-ga2o3单晶具有超宽的禁带宽度，4.8ev，因此具有较高的耐压性能，非常适用于高耐压、大功率的电子电力器件中，广泛引起了宽禁带半导体领域专家的关注。

2、晶体生长系统的热场直接影响单晶的质量和形状，β-ga2o3单晶生长系统的热场组件主要是铱金属构成的，铱属于贵金属，单价贵重，加工成本高。不仅如此，铱金熔点高达2400摄氏度以上，加工难度大，也难以加工出多种形状改善热场。所以如何少使用铱质量的情况下，还能有效合理的改善热场是β-ga2o3单晶生长一个需要解决的问题。

3、在大尺寸（3-4英寸）β-ga2o3晶体生长时，尽量降低埚径比，使坩埚直径与模具长度差异尽量小，是减少铱用量的一种有效办法，但是坩埚壁和模具边缘距离近会引起模具边缘温度过高，温梯过大，尤其在大尺寸单晶生长时，体现的更为明显，致使晶体扩展至模具边缘后，容易出现晶体回缩的现象，难以保持等径生长。

4、导模法生长β-ga2o3晶体时，如图4所示，坩埚壁的温度高于模具的温度，生长大尺寸（3-4英寸）晶体时，为使模具中心原料融化，坩埚温度会较高，现有技术通常使用圆形完整坩埚，如申请号：201711034651.2，一种导模法大尺寸氧化镓单晶生长装置的热场结构的专利申请，当使用埚径比较小的坩埚和模具时，会导致模具顶部长度边缘距离坩埚壁较近的地方温度梯度过大，致使

技术实现思路

1、鉴于现有技术存在的使用小埚径比坩埚和模具时，模具顶部长度方向温度梯度过大，导致晶体等径易回缩的问题，本专利技术提供一种利于导模法3-4英寸β相氧化镓单晶生长等径方法，通过坩埚的两个矩形开口，在不增加铱质量的前提下，改善模具顶部v形口长度方向上的温度梯度，能够在小埚径比的情况下等径生长3-4英寸β-ga2o3单晶。

2、本专利技术采用的技术方案是：一种利于导模法3-4英寸β相氧化镓单晶生长等径方法，步骤如下：

3、步骤一，将坩埚和模具浸入酒精中，80℃下采用超声清洗半小时，取出后晾干，将模具和坩埚放进铱金处理炉中，炉内抽真空度到1-3pa，充入0.05-0.09mpa的co2，采用100℃/h-300℃/h加热至1600℃-1700℃，保温5h-8h，采用100℃/h-300℃/h降至室温，将模具和坩埚从铱金处理炉中取出；

4、步骤二，将模具固定在坩埚中心，在坩埚中放入30-50g ga2o3原料，将坩埚放入单晶生长炉中，抽真空至1-3pa，充入0.14-0.17mpa co2，采用100℃/h-300℃/h加热至ga2o3原料融化，保温0.5-1h，采用100℃/h-300℃/h降至室温，将坩埚和模具从单晶生长炉中取出，此时坩埚和模具通过ga2o3紧密连接在一起；

5、步骤三，根据生长晶体尺寸，将坩埚中放入500g-1kgga2o3原料，在籽晶杆上安装[010]晶向、（001）面的籽晶，抽真空至炉内真空度至1-3pa，充入0.14-0.17mpa的co2；

6、步骤四，以200-500ºc/h的速度加热至ga2o3原料融化，保温2-6h，加热过程中，坩埚的两个矩形开口用于加大模具边缘处ga2o3原料的挥发量，加速模具边缘热量流失，减弱坩埚壁对模具顶部v形口长度边缘的传热，降低模具顶部边缘温度；

7、步骤五，将籽晶缓慢放入模具中心，至籽晶接触模具，待籽晶底部融化1-10mm后，以15-25mm/h的速率向上提拉籽晶，同时以1-10ºc/h的降温速率进行炉体降温，使晶体进入放肩生长过程；放肩过程结束后，晶体生长进入等径过程，坩埚上部矩形开口，使得模具顶部v形口长度方向上的温度梯度降低，使放肩后的晶体宽度不易回缩；待晶体等径生长完毕，将晶体完全提拉出至模具上方，以200-500ºc/h的速度，使生长炉降温，生长完成。

8、本专利技术产生的技术效果是：本专利技术坩埚的两个矩形开口，在不增加铱金用量的前提下，改善模具顶部v形口长度方向上的热场，降低模具顶部v形口长度方向边缘的温度梯度，使小埚径比情况下，也能够实现导模法β-ga2o3晶体等径生长，降低生长成本。

9、坩埚的两个矩形开口，一方面加大模具边缘处ga2o3原料挥发量，加速模具顶部边缘热量流失，另一方面减弱坩埚壁对模具顶部v形口长度边缘的传热作用，降低模具顶部v形口长度方向边缘的温度梯度，不增加铱金用量，改善了模具顶部v形口长度方向上的温度梯度。

10、改善后热场不易生长多晶，提高了生长晶体质量，同时使晶体更好的保持等径生长。

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【技术保护点】

1.一种利于导模法3-4英寸β相氧化镓单晶生长等径方法，其特征在于，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的利于导模法3-4英寸β相氧化镓单晶生长等径方法，其特征在于：所述坩埚（1）上端面设有矩形开口（1-1），两个矩形开口（1-1）对称设置，所述模具（2）设置在坩埚（1）内，模具（2）的V形口（2-1）与两个矩形开口（1-1）相对应。

3.根据权利要求2所述的利于导模法3-4英寸β相氧化镓单晶生长等径方法，其特征在于：所述的矩形开口（1-1）高度为6mm-10mm，宽度为6mm-10mm。

【技术特征摘要】

1.一种利于导模法3-4英寸β相氧化镓单晶生长等径方法，其特征在于，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的利于导模法3-4英寸β相氧化镓单晶生长等径方法，其特征在于：所述坩埚（1）上端面设有矩形开口（1-1），两个矩形开口（1-1）对称设置，所述模...

【专利技术属性】
技术研发人员：王英民，霍晓青，张胜男，王健，周传新，郝建民，李宝珠，高飞，周金杰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十六研究所，
类型：发明
国别省市：

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