[發(fā)明專利]導(dǎo)模法生長(zhǎng)1英寸柱狀氧化鎵單晶的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010985686.X
• 申請(qǐng)日: 2020-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN112210823A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈志泰;付博;陶緒堂;穆文祥;尹延如
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): C30B15/34
• 分類號(hào): C30B15/34;C30B15/24;C30B29/16
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 張宏松

本發(fā)明涉及導(dǎo)模法生長(zhǎng)1英寸柱狀氧化鎵單晶的方法，通過在銥金坩堝中放入高度為35mm、直徑為25mm的柱狀模具將生長(zhǎng)界面控制在模具表面，避免了坩堝雜質(zhì)及熔體對(duì)流的影響；并通過導(dǎo)模法柱狀模具的邊緣控制作用，生長(zhǎng)獲得了異于傳統(tǒng)片狀氧化鎵單晶的1英寸柱狀氧化鎵單晶，結(jié)合坩堝直徑調(diào)整及提拉速度優(yōu)化，攻克了不完全放肩及放肩多晶等技術(shù)難點(diǎn)，獲得了最佳坩堝與模具尺寸比及生長(zhǎng)拉速范圍，突破性的得到了1英寸高質(zhì)量柱狀單晶。可實(shí)現(xiàn)不同晶面的襯底加工需求，與傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)完全融合，為后期器件的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化提供基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種導(dǎo)模法生長(zhǎng)1英寸柱狀氧化鎵單晶的方法，屬于晶體生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體行業(yè)作為對(duì)國(guó)防工業(yè)發(fā)展、國(guó)家信息安全、國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著極其重要影響的行業(yè)領(lǐng)域，半導(dǎo)體材料是制約我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)材料。隨著能源、信息、國(guó)防、軌道交通、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體發(fā)展已經(jīng)接近其應(yīng)用極限，人們對(duì)半導(dǎo)體功率以及光電探測(cè)器件性能提出了更高的要求，高耐壓、低損耗、大功率電子器件成為功率電子產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)；高靈敏度、低噪聲、深紫外響應(yīng)將是雷達(dá)以及火災(zāi)預(yù)警的主要研究方向。因此，亟需探索和發(fā)展新型功率和光電探測(cè)半導(dǎo)體材料以更好滿足未來(lái)產(chǎn)業(yè)以及軍民融合發(fā)展要求。

β-Ga₂O₃晶體是一種新型的超寬禁帶半導(dǎo)體材料，相比于SiC、GaN等第三代半導(dǎo)體，它具有禁帶寬度更大、吸收截止邊更短等優(yōu)點(diǎn)，成為超高壓功率器件和深紫外光電子器件的優(yōu)選材料。除此之外，β-Ga₂O₃體塊單晶與單晶硅類似可通過熔體法生長(zhǎng)，體塊單晶成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于SiC及GaN。β-Ga₂O₃禁帶寬度Eg＝4.8eV，是Si的四倍以上，而且高于3.3eV的SiC和3.4eV的GaN。其擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度為8MV/cm，是Si的20倍以上、SiC或GaN的兩倍以上。作為功率器件低損耗指標(biāo)的巴利加優(yōu)值，β-Ga₂O₃是SiC的10倍、GaN的4倍，表明β-Ga₂O₃基器件耐壓特性更好，導(dǎo)通電阻更低，有利于提高器件開關(guān)速度和降低開關(guān)損耗。而且，其吸收帶位于240-280nm，為直接帶隙的半導(dǎo)體材料，因此從可見到紫外波段高度透明，且透過率可高達(dá)80％以上，是目前所知的禁帶寬度最大的透明導(dǎo)電氧化物，可滿足新一代光電材料對(duì)短波長(zhǎng)工作范圍的要求。

美國(guó)和德國(guó)采用提拉法成功生長(zhǎng)了2英寸β-Ga₂O₃晶體，但是生長(zhǎng)時(shí)往往需要采用高壓來(lái)抑制氧化鎵的高溫?fù)]發(fā)分解，大大提高了設(shè)備對(duì)于耐高壓性能的要求，且存在一定安全隱患，這對(duì)于今后的產(chǎn)業(yè)化中設(shè)備成本的控制，以及安全性的控制都極為不利。而且晶體生長(zhǎng)過程中存在著生長(zhǎng)不穩(wěn)定、容易出現(xiàn)螺旋生長(zhǎng)等問題。

導(dǎo)模法是由提拉法演變而來(lái)，具有生長(zhǎng)速度快、原料利用率高、分凝系數(shù)接近于1的優(yōu)點(diǎn)，可以快速的生長(zhǎng)高質(zhì)量單晶，且能通過改變模具表面形狀及尺寸來(lái)獲得目標(biāo)尺寸晶體。目前導(dǎo)模法生長(zhǎng)出的氧化鎵晶體多為片狀，只有主生長(zhǎng)面可以實(shí)現(xiàn)特定晶面的大尺寸加工，但很難實(shí)現(xiàn)各個(gè)晶面的大尺寸生產(chǎn)，還需要通過籽晶方向的調(diào)整進(jìn)行多次生長(zhǎng)。因此，生長(zhǎng)成本大幅提高，且效率較低，與傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)融合較難。