【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及晶体生长，并且更具体地，涉及一种结合提拉法和导模法的晶体生长方法。
技术介绍
1、在导模法晶体生长时，晶体引晶和放肩过程均在模具上进行，熔体上升高度受重力影响。狭缝型模具熔体上升高度计算过程：g=m*g=ρ*t*h*l*g ; f=2*l*σ*cosθ；当g=f时，高度h到达最大值，由此可得：h=（2*σ*cosθ）/（ρ*t*g ）。其中g为重力，f为粘滞力，m为上升熔体的质量，g为重力常数，ρ为熔体密度，t为狭缝厚度，h为熔体上升的高度，l为狭缝宽度，σ为粘滞常数，θ为浸润角。因为熔体上升的高度与狭缝厚度t成负相关，所以在模具上表面，狭缝的厚度趋近于无限，因此熔体无法完全铺满整个模具上表面，在有熔体的地方与没有熔体的地方必然存在温度差，这会严重影响晶体正常放肩。
2、由于熔体会有对流现象以及氧化镓熔体和模具的导热系数不同，模具的温度与熔体的温度存在较大差值，熔体温度会大幅低于模具温度（进一步解释温度差的来源），这就导致氧化镓晶体在使用导模法进行放肩的时候容易产生平肩或多晶，另外当氧化镓使用提拉法进行生长的时候，由于氧化镓晶体极易吸收熔体内的辐射热，会降低熔体径向温度梯度，导致晶体在等径过程中容易扭曲，并且晶体的形状也需要操作人员时刻观察，晶体形状不稳定，容易粘连锅壁发生危险事故，并且在提拉法生长过程中，熔体对流明显，导致分凝现象比较严重，晶体头尾电阻率往往差值过大，影响晶体质量及合格率。
3、因此，亟需一种能够解决提拉法晶体生长过程中晶体杂质分布不均匀，晶体扭曲，晶体形状不稳定，以及导模
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种结合提拉法和导模法的晶体生长方法。
2、本专利技术提供了一种结合提拉法和导模法的晶体生长方法，适用于熔体法生长的晶体，所述方法包括：
3、将预设重量的晶体原料和掺杂剂加入坩埚，之后按照预设温度加热坩埚4-12h，使坩埚内的晶体原料和掺杂剂熔化为熔体；其中，所述晶体原料的重量根据坩埚的容积计算，并且要求所述晶体原料熔化后高出坩埚内模具5-10mm；所述预设温度不低于晶体的熔点；
4、通过提拉装置下降籽晶，使籽晶直接与熔体接触；在籽晶直接与熔体接触的阶段中，通过提拉装置提拉籽晶，逐步提升坩埚的加热功率，使得晶体缩径生长，当晶体直径达到第一直径后以第一速率逐步降低坩埚的加热功率，使得晶体放肩生长，当晶体肩部的直径达到第二直径后以第二速率降低坩埚的加热功率，使得晶体等径生长；其中，所述第一直径小于所述籽晶直径的1/2，所述第二直径大于或者等于所述模具的宽度，所述第一速率为200-300w/h，所述第二速率为50-100w/h；
5、当坩埚的熔体下降到模具下方时，晶体与模具直接接触；在晶体与模具直接接触的阶段中，熔体通过模具内的毛细缝上升至模具上表面完成供料，模具对晶体有边缘限定作用，通过提拉装置继续提拉籽晶，并继续以第二速率降低坩埚的加热功率，使得晶体直接在模具上继续等径生长；
6、待坩埚内的熔体耗尽后，晶体与模具脱开，此时停止提拉籽晶，逐步降低坩埚的加热功率，待坩埚冷却至室温后，结束晶体生长。
7、可选地，通过提拉装置提拉籽晶，逐步提升坩埚的加热功率，使得晶体缩径生长的步骤包括：
8、通过提拉装置以第一速度提拉籽晶，并在提拉过程中以100-300w/h的速率逐步提升坩埚的加热功率，使得晶体缩径生长；其中，所述第一速度为6-25mm/h。
9、可选地，使用串联pid控制方式调控第一速度以及加热功率的提升速率，其中由直径信号控制第一速度为一级pid控制，由第一速度控制加热功率的提升速率为二级pid控制，一级pid控制和二级pid控制形成串联pid控制。
10、可选地，当晶体直径达到第一直径后以第一速率逐步降低坩埚的加热功率，使得晶体放肩生长的步骤包括：
11、当晶体直径达到第一直径后，以第二速度继续提拉籽晶，并以第一速率逐步降低坩埚的加热功率，使得晶体放肩生长；其中，所述第二速度为4-15mm/h。
12、可选地，当晶体肩部的直径达到第二直径后以第二速率降低坩埚的加热功率，使得晶体等径生长的步骤包括：
13、当晶体肩部的直径达到第二直径后，以第三速度继续提拉籽晶，并以第二速率继续逐步降低坩埚的加热功率，使得晶体等径生长；其中，所述第三速度为6-20mm/h。
14、可选地，当晶体与模具脱开并停止提拉籽晶后，以第三速率逐步降低坩埚的加热功率；其中，所述第三速率为500-1000w/h。
15、可选地，所述晶体为氧化镓晶体、蓝宝石、硅晶体、yag晶体、ggg晶体以及尖晶石中的任意一种。
16、可选地，通过以下任意一种方式加热坩埚：电阻加热、电磁感应加热及激光辐射加热。
17、可选地，当坩埚内剩余的熔体仅高出坩埚内底部1-2mm时，将坩埚的加热功率升高300-500w。
18、可选地，晶体放肩生长过程中肩部的角度范围为110°至165°。
19、本专利技术将提拉法和导模法相结合，在晶体生长过程中，放肩期间晶体在熔体内自由放肩，放肩完成后晶体与模具接触实现等径生长。由于放肩过程中，晶体直接接触的是熔体，不会存在熔体与模具温度不同而导致的放肩困难问题，等径过程中，晶体直接在模具上生长，模具对晶体有边缘限定作用，晶体不会出现扭曲，形状不规则等问题，并且熔体在模具的毛细缝隙内对流效应弱，分凝作用减小，使得晶体等径部分杂质浓度相对稳定，电阻率及载流子浓度等参数一致性好，晶体合格率高。从而，有效解决了提拉法晶体生长过程中晶体杂质分布不均匀，晶体扭曲，晶体形状不稳定，以及导模法晶体生长时晶体放肩困难的技术问题。
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1.一种结合提拉法和导模法的晶体生长方法，其特征在于，适用于熔体法生长的晶体，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过提拉装置提拉籽晶，逐步提升坩埚的加热功率，使得晶体缩径生长的步骤包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用串联PID控制方式调控第一速度以及加热功率的提升速率，其中由直径信号控制第一速度为一级PID控制，由第一速度控制加热功率的提升速率为二级PID控制，一级PID控制和二级PID控制形成串联PID控制。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当晶体直径达到第一直径后以第一速率逐步降低坩埚的加热功率，使得晶体放肩生长的步骤包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当晶体肩部的直径达到第二直径后以第二速率降低坩埚的加热功率，使得晶体等径生长的步骤包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当晶体与模具脱开并停止提拉籽晶后，以第三速率逐步降低坩埚的加热功率；其中，所述第三速率为500-1000w/h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下任意一种方式加热坩埚：电阻加热、电磁感应加热及激光辐射加热。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当坩埚内剩余的熔体仅高出坩埚内底部1-2mm时，将坩埚的加热功率升高300-500w。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，晶体放肩生长过程中肩部的角度范围为110°至165°。
...【技术特征摘要】
1.一种结合提拉法和导模法的晶体生长方法，其特征在于，适用于熔体法生长的晶体，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过提拉装置提拉籽晶，逐步提升坩埚的加热功率，使得晶体缩径生长的步骤包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用串联pid控制方式调控第一速度以及加热功率的提升速率，其中由直径信号控制第一速度为一级pid控制，由第一速度控制加热功率的提升速率为二级pid控制，一级pid控制和二级pid控制形成串联pid控制。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当晶体直径达到第一直径后以第一速率逐步降低坩埚的加热功率，使得晶体放肩生长的步骤包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当晶体肩部的直径达到第二直径后以第二速率降低坩埚...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡开朋，
申请(专利权)人：北京铭镓半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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