[發明專利]采用閉管化學氣相傳輸方式生長Ga2O3單晶的方法

在審

• 申請號: 201610333352.8
• 申請日: 2016-05-19
• 公開（公告）號: CN107400919A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 蘇杰;劉彤;劉京明;趙有文
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: C30B25/00
• 分類號: C30B25/00;C30B29/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及到化合物半導體材料制備技術領域，特別是一種采用閉管化學氣相傳輸方式生長Ga₂O₃單晶的方法。

背景技術

Ga₂O₃作為一種直接帶隙的寬禁帶化合物半導體材料，具有一定的電導率，不易被化學腐蝕，并且機械強度高，高溫下性能穩定，有高的可見光和紫外的透明度，尤其是其在紫外和藍光區域透明，因此被廣泛的應用在各種氣敏傳感器、紫外探測器、太陽能電池、平板印刷、表面改性、DNA檢測、液晶顯示器以及紫外發光器件的透明電極等領域。Ga₂O₃的禁帶寬度是4.8-4.9ev，在半導體材料中僅次于鉆石，氧化鎵作為寬禁帶的透明導電氧化物，現在已經應用于薄膜場效應晶體管。Ga₂O₃材料還被成功的用于制造功率元件，并且與SiC相比成本低且性能出色，Ga₂O₃的帶隙大，擊穿電場強度也很大，其導通電阻很小，因而使用Ga₂O₃的功率元件不僅能夠降低導通時的損失，而且還可以降低開關的損失。Ga₂O₃薄膜在藍綠和紫外帶都有光致發光峰，其在不同波段的發光可以通過摻雜來實現，n型多晶Ga₂O₃薄膜是一種新型的高溫氣敏材料。目前報道的深紫外透明導電性能最好的為Sn摻雜的β-Ga₂O₃薄膜，Ga₂O₃的遷移率可達46cm2·V^-1·S^-1。另外，關于晶體管的研究還有：p型Ga₂O₃溝道納米線的場效應晶體管，α-Ga₂O₃襯底上金屬-絕緣體-半導體場效應晶體管(MISFET)等結構的特性。

Ga₂O₃的熔點很高(約1800℃)，并且在常壓下，當溫度升高到接近熔點時，Ga₂O₃的分解壓比較低，并且容易出現孿晶和解理。目前，國際上Ga₂O₃體單晶的生長主要是采用高壓熔體生長(提拉法和浮區法)、化學氣相傳輸和溶液生長技術。由于氧化鎵的熔點比較高，采用溶液生長的方法會有一些困難，對設備及反應腔的耐高溫要求比較高，并且會提高生 產成本。常規的化學氣相傳輸技術得到的Ga₂O₃單晶尺寸比較小，并且會消耗大量的攜載氣體，同時存在生長速率慢的問題。此外，還有火焰法和助熔劑法，它們不僅會引入大量的雜質，而且還難以獲得大尺寸的Ga₂O₃單晶。近期報道顯示，使用浮區法生長出了2英寸直徑的Ga₂O₃單晶，而采用定邊膜喂法(EFG)生長出了50毫米寬的塊體Ga₂O₃單晶(可以切出50×50mm²的單晶片)。因此，迫切需要改進現有生長工藝，提出新的生長工藝，制備出高質量低成本的Ga₂O₃單晶。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在提供一種采用閉管化學氣相傳輸方式生長Ga₂O₃單晶的方法。

本發明提供一種采用閉管化學氣相傳輸方式生長Ga₂O₃單晶的方法，包括：

在封閉的石英管內，一端放入Ga₂O₃粉末作為源；另一端作為生長區，放入生長Ga₂O₃的籽晶；

控制源區與生長區的溫度分布來實現源區至生長區的氣相傳輸，生長Ga₂O₃單晶。

優選的，生長過程中在所述源中放入的碳粉。

優選的，所述籽晶直徑與所述石英管的內徑相同，使所述Ga₂O₃籽晶能放置在所述石英管內。

優選的，所述石英管內位于源區放置有石英舟，以盛放所述源。