[發(fā)明專利]一種導(dǎo)模法生長氧化鎵晶體的生長裝置與生長方法

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• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號(hào): CN112877770A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 齊紅基;賽青林
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州富加鎵業(yè)科技有限公司
• 主分類號(hào): C30B15/34
• 分類號(hào): C30B15/34;C30B29/16
• 代理公司: 深圳市君勝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44268
• 代理人: 劉芙蓉

本發(fā)明提供了一種導(dǎo)模法生長氧化鎵晶體的生長裝置與生長方法，生長裝置包括：(1)本體，本體包括熱場結(jié)構(gòu)，熱場結(jié)構(gòu)用于保溫形成熱場，熱場結(jié)構(gòu)由至少一層保溫層層疊而成，保溫層由若干塊子保溫層拼接而成，所述若干塊為兩塊以上的自然數(shù)；所述熱場結(jié)構(gòu)的中心沿軸向方向設(shè)置有貫穿上下端面的通孔；(2)密封層，所述密封層設(shè)置在所述本體外圍。本發(fā)明的熱場結(jié)構(gòu)采用了多塊分層、且多塊子母扣拼接的方式，有效的釋放高溫下熱應(yīng)力，避免了不受控開裂；本發(fā)明還采用透明且耐高溫材質(zhì)的密封層對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封，確保了氧化鎵晶體生長所需的密封低氣體對流環(huán)境，從而有效抑制氧化鎵晶體生長過程中的揮發(fā)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定制備高質(zhì)量氧化鎵晶體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及人工晶體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種導(dǎo)模法生長氧化鎵晶體的生長裝置與生長方法。

背景技術(shù)

β-Ga₂O₃(氧化鎵)是一種直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，禁帶寬度約為4.8～4.9eV。它具有禁帶寬度大、飽和電子漂移速度快、熱導(dǎo)率高、擊穿場強(qiáng)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)，在高溫、高頻、大功率電力電子器件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。此外還可用于LED芯片，日盲紫外探測、各種傳感器元件及攝像元件等。

目前，批量制備大尺寸氧化鎵晶體主要采用導(dǎo)模法制備技術(shù)。導(dǎo)模法是一種成熟的單晶制備技術(shù)，尤其廣泛應(yīng)用于藍(lán)寶石單晶等高溫晶體的生長。相比之下氧化鎵生長存在特殊性：在生長過程中，氧化鎵會(huì)發(fā)生如下的分解反應(yīng)：

GaO、Ga₂O和Ga等產(chǎn)物易于揮發(fā)，并附著在晶體表面，影響晶體質(zhì)量；此外，還會(huì)對貴金屬銥坩堝及模具造成嚴(yán)重腐蝕，影響后續(xù)生長穩(wěn)定性。隨著生長晶體尺寸的不斷增大，坩堝容積及熔體體積增多，這一分解現(xiàn)象更加嚴(yán)重。

氧化鎵晶體生長過程中，熱場結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對晶體的生長非常重要。但現(xiàn)有熱場結(jié)構(gòu)存在大量問題：靠近坩堝附近存在較大溫度梯度，用于保溫的低熱導(dǎo)率材料會(huì)由于內(nèi)外溫差較大，在長時(shí)間使用后開裂，一旦發(fā)生損壞或工藝調(diào)整，整體保溫層更換成本高，不利于成本控制。另外，保溫層開裂形成氣氛對流通道，導(dǎo)致分解揮發(fā)的化學(xué)平衡不斷右移，加劇原料分解揮發(fā)。

因此，現(xiàn)有技術(shù)仍有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種導(dǎo)模法生長氧化鎵晶體的生長裝置與生長方法，旨在解決現(xiàn)有氧化鎵晶體生長過程中，熱場結(jié)構(gòu)存在不受控開裂，及氧化鎵分解揮發(fā)的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種導(dǎo)模法生長氧化鎵晶體的生長裝置，其中，包括：

本體，所述本體包括熱場結(jié)構(gòu)，所述熱場結(jié)構(gòu)用于保溫形成熱場，所述熱場結(jié)構(gòu)由至少一層保溫層層疊而成，所述保溫層由若干塊子保溫層拼接而成，所述若干塊為兩塊以上的自然數(shù)；所述熱場結(jié)構(gòu)的中心沿軸向方向設(shè)置有貫穿上下端面的通孔；

密封層，所述密封層設(shè)置在所述本體外圍，用于形成氧化鎵晶體生長的密封環(huán)境。

可選地，所述密封層為透明密封層。

可選地，所述密封層為石英或玻璃材質(zhì)密封層。

可選地，所述保溫層由若干塊子保溫層通過子母扣形式拼接而成。

可選地，所述保溫層由2～8塊子保溫層拼接而成。

可選地，所述保溫層由2～4塊子保溫層通過子母扣形式拼接而成。

可選地，所述熱場結(jié)構(gòu)由2～6層保溫層層疊而成。

可選地，所述保溫層的厚度為20～100mm。