【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于人工晶体生长领域，特别涉及一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的方法及生长模具。
技术介绍
1、氧化镓晶体带隙约为4.9 ev，大于可见光的光子能量(3.1 ev)，所对应的吸收边为253 nm，正适用于日盲紫外波段的探测。可见光的照射不会引起本征激发，所以它对波长范围是380nm~780nm的可见光是透明的，即使在紫外光区氧化镓材料的透过率也能达到80%以上，可以同时满足透明导电电极所需的良好电导率和高光学透过率的要求，是一种非常有前景的深紫外透明导电氧化物电极材料。
2、目前生长大尺寸氧化镓晶体的生长方法主要是导模法(edge-defined film-fedgrowth，efg)，导模法需要一个加热用的铱坩埚，在坩埚中放入一个有缝的模具，熔化的氧化镓在毛细作用的推动下，沿着细缝上升到模具表面，而后冷却结晶。模具形状不仅决定着晶体外形，模具结构专利技术更影响着模具表面的温场，合适的温场结构对氧化镓晶体的生长至关重要
3、一般用于导模法生长氧化镓单晶的模具，由两块模板构成，两模板镜面对称，并且通过螺栓、焊接、卡槽等方式固定为一体，两模板中间的缝隙构成模具夹缝，如中国专利申请201921982839.4所公开的一种导模法生产稀土共晶荧光体的模具。模具上端面即为晶体生长时的固液界面，这类模具上端面水平方向上中间过冷而两端过热，径向温梯梯度极为不均匀，而氧化镓材料本身较低的热导率(15 w·m-1·k-1)以及较大的结晶潜热(5792kj·kg-1)，使用传统模具生长氧化镓晶体单晶成品率非常低，容易出
4、如图7所示，对于原始模具来说，其左下端和右下端与坩埚接触，热量由此处向四周传递，这种热量传递方式就导致模具上端v型面中心点处离热源最远，温度最低，是最冷点，模具左右边缘会由于距离热源近温度高，因此在模具上端v型面中间处等温线稀疏，而在边缘处密集，就模具上端v型面的左侧而言，其分界点在模具总宽度的1/4处，模具上端v型面的右侧与左侧同理，这种温场分布使得导模法氧化镓晶体生长过程中很容易出现平肩、提前等径、放肩角不一致等问题，从而影响晶体质量。并且，由以上分析可知，这些现象和问题会随着氧化镓单晶尺寸的增大，也就是坩埚、模具尺寸的增大，越来越凸显。因此，导模法生长氧化镓晶体的模具有待改进。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的方法及生长模具，模具在片状模板两侧添加了四个支撑板，支撑板的作用不仅能增加模具的稳定性，最主要的作用是调节了模具表面的温场。
2、本专利技术采用的技术方案是：一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的方法，步骤如下：
3、步骤一，将模具放置在坩埚中心，模具两侧四个支撑板横边抵住坩埚内壁，坩埚中装入氧化镓原料，盖上坩埚盖，然后整体放置在加热器的中心位置，保证坩埚和加热器同心，将籽晶放置在籽晶杆中，籽晶杆提拉方向为[010]；
4、步骤二，抽真空至炉内压强低于10-2pa，充保护气至1.0~2.5atm；
5、步骤三，以300℃~800℃/h的速率升温，至模具上端v型面中心点处温度为氧化镓材料熔点以上5~15℃，保温0.8~1.5h，原料完全熔化；
6、步骤四，引晶，将籽晶降至模具上端面，回熔1~5mm，保温0.5~1h；
7、步骤五，放肩，籽晶杆提拉速率为5~40mm/h，降温速率为2~10℃/h，热量通过坩埚壁由四个支撑板向模具传递，由支撑板横边传导而来的热量提高了模具上端v型面中心点的温度，模具上端v型面中心点至左右边缘的温度差减小，温场分布均匀，从而使氧化镓晶体放肩更加均匀；
8、步骤六，等径，籽晶杆提拉速率为5~40mm/h，降温速率为1~5℃/h；
9、步骤七，收尾，以30~60℃/h的速率升温至氧化镓材料熔点，将氧化镓晶体熔脱，然后降温，降温速率为100~800℃/h，即得到大尺寸氧化镓晶体。
10、所述保护气为氮气、氩气、二氧化碳、氧气的一种或几种气体的混合，各种气体纯度均不低于5n。
11、一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的生长模具，所述模具包括模板，两个所述模板的一面固定在一起，两个模板固定面之间为模具夹缝，固定面的上端构成带夹缝的v型面，还包括支撑板，两个所述模板的另一面分别固定两个支撑板。
12、本专利技术的有益效果在于：（1）通过给模具添加支撑板，可以将坩埚壁的热量传导至模具上，有效地调节了模具表面的温度分布，使氧化镓晶体生长过程中放肩更均匀，可以大幅降低缺陷密度，提高晶体质量，并且将大尺寸氧化镓晶体单晶成品率从目前的20~30%提升至50%以上，效果显著。（2）该专利技术通过支撑板向模具传热的方式，提高了模具上端面中心点温度，有效地减小了模具边缘与中心点的温度差，可以降低坩埚和发热器损耗，降低生长炉耗电量，每炉次至少节约10~20%的成本。（3）模具上端面中心点与边缘温度差减小之后，有利于氧化镓晶体生长中的等径过程，很好地解决了模具边缘晶体回缩的问题，有利于获得大尺寸高质量的氧化镓晶体。（4）本专利技术从根本上实现了模具上端面温场分布均匀，不需要通过改变提拉速率来实现均匀放肩，一直保持较快的提拉速率也可以实现均匀放肩，有利于提高效率，生长时间可以缩短至原来的50~70%，大幅提高氧化镓晶体产量。（5）本专利技术模具与现有模具相比多了四个支撑板，可以增强模具稳定性，并在一定程度上防止模具变形。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的方法，其特征在于，步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的方法，其特征在于，所述保护气为氮气、氩气、二氧化碳、氧气的一种或几种气体的混合，各种气体纯度均不低于5N。
3.一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的生长模具，所述模具（1）包括模板（1-1），两个所述模板（1-1）的一面固定在一起，两个模板（1-1）固定面之间为模具夹缝（1-3），固定面的上端构成带夹缝的V型面，其特征在于：还包括支撑板（1-2），两个所述模板（1-1）的另一面分别固定两个支撑板（1-2）。
4.根据权利要求1所述的一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的生长模具，其特征在于，所述支撑板（1-2）竖边面和横边面均为直面，竖边面和横边面的另一端面为弧面。
5.根据权利要求1所述的一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的生长模具，其特征在于，所述支撑板（1-2）竖边面高度与模具夹缝（1-3）高度平齐。
6.根据权利要求1所述的一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的生长模具，其特征在于，所述支撑板（1-2）横边面高度
7.根据权利要求1所述的一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的生长模具，其特征在于，所述支撑板（1-2）竖边均位于模具总宽度的1/4处。
...【技术特征摘要】
1.一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的方法，其特征在于，步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的方法，其特征在于，所述保护气为氮气、氩气、二氧化碳、氧气的一种或几种气体的混合，各种气体纯度均不低于5n。
3.一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的生长模具，所述模具（1）包括模板（1-1），两个所述模板（1-1）的一面固定在一起，两个模板（1-1）固定面之间为模具夹缝（1-3），固定面的上端构成带夹缝的v型面，其特征在于：还包括支撑板（1-2），两个所述模板（1-1）的另一面分别固定两个支撑板（1-2）。
4.根据权利要求1所述的一种导模法...
【专利技术属性】
技术研发人员：王英民，霍晓青，王健，张胜男，李宝珠，郝建民，程红娟，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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