【技术实现步骤摘要】
本申请涉及氧化镓晶体，具体涉及一种冷坩埚法生长氧化镓晶体的装置及生长方法。
技术介绍
1、氧化镓(ga2o3)是一种优异的超宽禁带半导体材料，室温下其带隙宽为4.9ev，是制造高功率电子器件、日盲紫外光电子器件的理想材料。因为其优越的物理性能、高的热稳定性和化学稳定性、低的能量损耗、良好的可控性和成本低等优点在功率器件和光电器件等领域有着广阔的应用前景和巨大的市场潜力。当前，对以氧化镓为代表的超宽禁带半导体材料及其器件的研制和开发，已经成为全球半导体材料
的竞争热点。
2、由于氧化镓材料的熔点较高(1800℃)，目前主要通过铱金导模法进行生产，但存在较大的问题：首先是导模法生长出来的晶体呈片状，出片率低，产能是提拉法的1/10-1/100。另外，贵金属铱(ir)价格昂贵，是黄金价格的3倍以上，用铱金属制成6英寸以上的坩埚和模具造价近1000万，投入巨大，并且每生产一炉，铱金属的氧化及其与氧化镓熔体的反应会消耗部分铱金属(每炉损耗0.2-1％)，造成成本居高不下。同时，在高温下，部分铱金属会进入到氧化镓熔体中，并在氧化镓晶体中形成细小的铱颗粒，严重影响所生长的氧化镓晶体的性能。
3、冷坩埚法是一种从熔体中生长晶体的方法，使用高频电磁场进行感应加热，从而可使坩埚内存在着较强的磁压缩效应，电磁斥力使炉料熔体与坩埚保持非接触的悬浮状态，使熔池内化学成分和温度场保持均匀。同时，水的强制冷却可使熔体在坩埚内壁形成一层薄的凝壳，其成分与熔体成分相近，形成的凝壳阻断了熔体与坩埚之间的反应，避免了采用铱金坩埚熔炼时坩
4、和其他生长晶体的方法相比，水冷坩埚法适用性强，对许多难熔的化合物以及在熔点附近极易挥发或分解的材料，都能够找到适当的引燃剂将其熔化，从而将单晶生长出来。用这种方法生长出的晶体可以比熔体生长的晶体热应力更小、更均匀完整。但目前的水冷坩埚一般采用水冷板和水冷台，但该方法的能耗较大并且温度场控制难度也大。且一般常压空气气氛生长，生长过程中容易产生氧空位，不利于晶体质量的提高。
技术实现思路
1、为了解决本领域存在的上述不足，本申请旨在提供一种冷坩埚法生长氧化镓晶体的装置及生长方法。
2、根据本申请的一方面，提供一种冷坩埚法生长氧化镓晶体的装置，包括：
3、加热单元，包括高频感应线圈；
4、水冷坩埚单元，包括水冷瓣和氧化镓壳层，以及
5、升降单元，包括升降装置；
6、其中，所述水冷瓣包括水冷铜管和底座，所述底座包括进水口和出水口，所述水冷铜管与所述进水口和所述出水口相连通，所述水冷铜管位于所述氧化镓壳层和所述高频感应线圈之间，且与所述氧化镓壳层的外壁接触；所述水冷铜管与所述氧化镓壳层位于所述底座上方，所述底座位于所述升降装置上方并与所述升降装置相接；
7、所述氧化镓壳层上方设有开口用于装填熔体和籽晶；所述氧化镓壳层设有填料口，且底部为漏斗状结构。
8、根据本申请的一些实施例，所述水冷铜管和所述高频感应线圈之间还包括挡板。
9、根据本申请的一些实施例，所述水冷铜管的内径为3-5mm，厚度为4-6mm。
10、根据本申请的一些实施例，所述氧化镓壳层的厚度为2-5mm，优选厚度为3-4mm；
11、根据本申请的一些实施例，所述氧化镓壳层的高度与直径的比例为(1-3)：1。
12、根据本申请的一些实施例，所述漏斗状结构的角度0＜θ≤60°。
13、根据本申请的另一方面，还提供一种上述装置冷坩埚法生长氧化镓晶体的方法，包括：
14、制备底部为漏斗状的氧化镓壳层；
15、将籽晶放入所述氧化镓壳层的底部，并装填氧化镓原料；
16、将装填好的氧化镓壳层放入到连接有升降装置的底座上，并升至晶体炉内；
17、启动升降装置、高频感应线圈与水冷瓣，使用坩埚下降法进行氧化镓晶体的定向凝固生长。
18、根据本申请的一些实施例，所述晶体炉的炉体内的压强为0.5-3.5mpa。
19、根据本申请的一些实施例，所述晶体炉内的气氛为氧气和氩气，分压比为1:4。
20、根据本申请的一些实施例，所述装填氧化镓原料的装料体积为所述氧化镓壳体体积的90％～95％。
21、根据本申请的一些实施例，所述坩埚下降法的下降速度为0.5-3mm/h。
22、与现有技术相比，本申请至少包括如下有益效果：
23、本申请提供一种冷坩埚法生长氧化镓晶体的装置及方法，该装置采用氧化镓壳层作为冷坩埚直接与水冷板相接，无需采用水冷台，相较于其他冷坩埚更容易对温度场进行精确控制。
24、本申请的装置可以控制炉内氧气的气氛，通过控制氧气的分压，减少了氧化镓的分解，从而降低了氧空位等晶体缺陷，提高了晶体的品质。
25、本申请的氧化镓壳层底部为似漏斗状结构，仅需要较小的籽晶即可实现晶体的生长。
26、本申请通过水冷坩埚代替铱金坩埚实现了氧化镓晶体的生长，显著降低了生产成本。并且使投入成本降低到目前导模法的1/5，同时避免了铱金属对晶体的污染，从而更适合工业化生产。
27、以氧化镓壳层为坩埚采用提拉法或下降法制备氧化镓单晶，由于氧化镓熔体无需与金属接触，从而可显著减少晶体内部杂质的含量，并且由于与熔体接触的为氧化镓壳层，因此用水冷坩埚的方法生长的晶体热应力更小。同时，本申请可根据实际需要可放大坩埚直径，适合大规模生产。
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1.一种冷坩埚法生长氧化镓晶体的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水冷铜管和所述高频感应线圈之间还包括挡板。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述水冷铜管的内径为3-5mm，厚度为4-6mm。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述氧化镓壳层的厚度为2-5mm，优选厚度为3-4mm；
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述漏斗状结构的角度0＜θ≤60°。
6.一种权利要求1-5任一所述装置冷坩埚法生长氧化镓晶体的方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述晶体炉的炉体内的压强为0.5-3.5MPa。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述晶体炉内的气氛为氧气和氩气，分压比为1:4。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述装填氧化镓原料的装料体积为所述氧化镓壳体体积的90％～95％。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述坩埚下降法的下降速度为0.5-3mm/
...【技术特征摘要】
1.一种冷坩埚法生长氧化镓晶体的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水冷铜管和所述高频感应线圈之间还包括挡板。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述水冷铜管的内径为3-5mm，厚度为4-6mm。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述氧化镓壳层的厚度为2-5mm，优选厚度为3-4mm；
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述漏斗状结构的角度0＜θ≤60°。
6.一种权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：李龙，宫学源，李培刚，
申请(专利权)人：北京镓创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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