[發(fā)明專利]一種提拉法生長氧化鎵晶體的雙腔結(jié)構(gòu)與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111306205.9
• 申請日: 2021-11-05
• 公開（公告）號: CN114232070B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張輝;王嘉斌;夏寧;馬可可;劉瑩瑩;楊德仁
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州鎵仁半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B29/16
• 代理公司: 杭州五洲普華專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33260
• 代理人: 姚宇吉

1.一種提拉法生長氧化鎵晶體的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

1）籽晶的安裝：將籽晶固定在籽晶桿上，再將籽晶桿安裝在末端具有籽晶更換裝置的提拉桿上；

2）氧化鎵料制備和熔融：將處理后的氧化鎵料餅放入加熱坩堝內(nèi)，密閉好主腔體，抽真空至0-3*10^-4pa，保壓2h以上，通入氬氣或二氧化碳至常壓，用中頻感應(yīng)加熱分段升溫將原料完全熔化；

3）漂浮物處理方法：將熔化的氧化鎵熔體，在熔融溫度以上10-30℃，保持過熱1h以上，緩慢降溫至熔體表面有小塊狀漂浮物出現(xiàn)，下入籽晶至漂浮物中部，觀察析出晶體的大小，繼續(xù)降溫待析出晶體直徑完全包覆漂浮物時，升起籽晶提出熔體界面，提升至第二腔體內(nèi)，關(guān)閉主腔體和第二腔體之間的推拉式擋塊裝置，向第二腔體內(nèi)通入冷卻用惰性氣體，冷卻0.5-1h后，利用籽晶更換裝置更換新的籽晶桿及生長籽晶，在籽晶冷卻期間給熔體重新升溫10-30℃，保持熔體過熱，保溫1h以上；

4）氧化鎵晶體生長：緩慢降溫至熔融溫度以上的2-3℃，將安裝好新籽晶的籽晶桿，緩慢下降至熔體上方3～5mm位置烘烤30分鐘，開始引晶，控制籽晶轉(zhuǎn)速3rpm，待籽晶表面微熔，縮頸收細(xì)至1-2mm時，進(jìn)行放肩，放肩控制提拉速度1-3mm/h，直徑接近晶體目標(biāo)直徑后打開程序自動控制，開始等徑生長，待晶體生長至目標(biāo)長度后退出程序自動控制，熔體升溫20-30℃，保溫30min，將晶體從熔體中提出至主腔體上部，控制以100w/h的速率降溫至紅外測溫溫度1200℃后，以500w/h的速率繼續(xù)冷卻至0w，待主腔體溫度完全降至室溫時，打開腔門取出晶體；

所述提拉法生長氧化鎵晶體方法使用的雙腔結(jié)構(gòu)，包括主腔體、第二腔體、加熱線圈、保溫材料組件以及提拉旋轉(zhuǎn)裝置，所述第二腔體設(shè)置于主腔體的頂端并與主腔體相通，所述主腔體中心處設(shè)有坩堝托與加熱坩堝，所述坩堝托下方設(shè)有坩堝升降裝置；其中，所述第二腔體與主腔體之間設(shè)有推拉式擋塊裝置，用于將第二腔體與主腔體隔絕；所述提拉旋轉(zhuǎn)裝置上設(shè)有籽晶更換裝置，所述籽晶更換裝置包括快插裝置與連接裝置，所述快插裝置上端與提拉旋轉(zhuǎn)裝置的提拉桿固定，下端設(shè)有與連接裝置相配的凹槽，所述連接裝置的下端設(shè)有用于籽晶固定的連接孔，所述連接裝置的截面為橢圓形，快插裝置與連接裝置的外部還設(shè)有長螺母。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提拉法生長氧化鎵晶體的方法，其特征在于，所述提拉旋轉(zhuǎn)裝置與所述坩堝升降裝置處于同一中心線上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提拉法生長氧化鎵晶體的方法，其特征在于，所述第二腔體上還設(shè)有紅外測徑裝置與觀察口。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提拉法生長氧化鎵晶體的方法，其特征在于，所述主腔體上設(shè)有主觀察窗，所述保溫材料組件包括包裹加熱坩堝的第一保溫層與保溫罩。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提拉法生長氧化鎵晶體的方法，其特征在于，步驟2）中，氧化鎵料餅的處理方法為將5N或6N級的氧化鎵粉料，真空除水后，用液壓或等靜壓的方式壓制成料餅，在燒結(jié)爐內(nèi)1300-1600℃燒結(jié)成塊。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提拉法生長氧化鎵晶體的方法，其特征在于，步驟4）中，等徑生長的提拉速度控制在1-2mm/h，轉(zhuǎn)速控制在3-15rpm。