[發明專利]一種用于導模法生長氧化鎵晶體的監控系統及氧化鎵晶體制備方法

有效

• 申請號: 202110178952.2
• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN113026103B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 齊紅基;賽青林;陳端陽
• 申請（專利權）人: 杭州富加鎵業科技有限公司
• 主分類號: C30B29/16
• 分類號: C30B29/16;C30B15/34;C30B15/28;C30B15/26
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 劉文求;朱陽波

本發明公開一種用于導模法生長氧化鎵晶體的監控系統及氧化鎵晶體制備方法，其中，所述監控系統包括設置有觀察窗的晶體生長爐以及籽晶桿，所述籽晶桿的一端插入到所述晶體生長爐內，所述籽晶桿的另一端連接有升降裝置，所述籽晶桿靠近所述升降裝置的一側上還設置有用于實時獲取氧化鎵晶體重量的壓力傳感器，所述觀察窗外側設置有紅外攝像機，所述壓力傳感器與所述紅外攝像機均與外接計算機電連接。本實施例提供的監控系統可以及時識別氧化鎵晶體生長過程中出現的過熱或者過冷的現象，并且第一時間調節發熱體的加熱功率，有效降低由于過熱或者過冷導致的晶體生長失敗問題，有利于規?；a高質量、低成本的氧化鎵單晶。

技術領域

本發明涉及氧化鎵晶體制備技術領域，特別涉及一種用于導模法生長氧化鎵晶體的監控系統及氧化鎵晶體制備方法。

背景技術

β-Ga₂O₃(氧化鎵)是一種直接帶隙寬禁帶半導體材料，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、熱導率高、擊穿場強高、化學性質穩定等諸多優點，在高溫、高頻、大功率電力電子器件領域有著廣泛的應用前景。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模法制備技術。在導模法生長氧化鎵的過程中，為了生長出寬度一致的高質量氧化鎵晶體，需要晶體的提拉速度和發熱體的加熱功率匹配的比較好，從而維持固液界面始終處于模具口附近。

但是晶體生長在過程中，由于坩堝內部熔體體積的減少、模具口上部晶體體積的增加、保溫材料不可預見的開裂以及氣流不規則的擾動等因素，容易導致晶體生長環境溫場的改變，進而影響固液界面的位置。

一旦固液界面的位置上移，就會導致晶體生長過程中出現過熱，若不及時降低發熱體的加熱功率，晶體就會出現寬度變窄甚至是拉脫的現象；如果固液界面的位置下移，就會導致晶體生長過程中出現過冷，此時若不及時增加發熱體的加熱功率，晶體就會出現從模具中硬拉甚至是拉起模具的現象，導致晶體無法進行正常生長。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種用于導模法生長氧化鎵晶體的監控系統及氧化鎵晶體制備方法，旨在解決由于過熱或者過冷導致的晶體生長失敗的問題。

本發明的技術方案如下：

一種用于導模法生長氧化鎵晶體的監控系統，其中，包括設置有觀察窗的晶體生長爐以及籽晶桿，所述籽晶桿的一端插入到所述晶體生長爐內，所述籽晶桿的另一端連接有升降裝置，所述籽晶桿靠近所述升降裝置的一側上還設置有用于實時獲取氧化鎵晶體重量的壓力傳感器，所述觀察窗外側設置有紅外攝像機，所述壓力傳感器與所述紅外攝像機均與外接計算機電連接。

所述用于導模法生長氧化鎵晶體的監控系統，其中，所述壓力傳感器為環形壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、陶瓷壓力傳感器、壓電式壓力傳感器或藍寶石壓力傳感器中的一種。

所述用于導模法生長氧化鎵晶體的監控系統，其中，所述觀察窗外側設置有固定支架，所述紅外攝像機固定在所述固定支架上。

所述用于導模法生長氧化鎵晶體的監控系統，其中，所述晶體生長爐包括設置在底座上的下熱場結構，設置在所述下熱場結構上的上熱場結構，所述上熱場結構包括從內至外同心設置的上保溫組件和上密封層，所述上保溫組件上設置有內外相通用于觀察晶體生長的觀察孔，沿所述觀察孔向外延伸的方向，所述上密封層向外延伸形成所述觀察窗。

所述用于導模法生長氧化鎵晶體的監控系統，其中，所述上保溫組件由至少一塊保溫層層疊而成，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；所述上保溫組件的中心沿軸向方向設置有貫穿上下端面且用于插入籽晶桿的通腔。