[發明專利]一種導模法生長β相氧化鎵單晶的原料處理方法

有效

• 申請號: 202210483060.8
• 申請日: 2022-05-06
• 公開（公告）號: CN114574966B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 霍曉青;張勝男;王英民;王健;王新月;周傳新;張弛;秦廣闊
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十六研究所
• 主分類號: C30B29/16
• 分類號: C30B29/16;C30B15/34
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司 12105
• 代理人: 王鳳英

本發明公開了一種導模法生長β相氧化鎵單晶的原料處理方法。步驟是：1、稱取Ga₂O₃多晶粉料放入裝有帶縫模具的坩堝中；2、將坩堝放入生長爐中并安裝籽晶；3、抽真空后充入CO₂氣體，進行兩次升溫；4、緩慢降低籽晶，待籽晶底部熔化后，向上提拉籽晶，并且降溫，生長β相氧化鎵多晶；5、待生長完畢，將晶體提拉出至模具上方，對爐體進行降溫；6、將爐內CO₂氣體放出至常壓，取出β相氧化鎵多晶；7、將β相氧化鎵多晶料放入單晶生長坩堝中，進行β相氧化鎵單晶生長。采用本發明后消除了大量空洞，提高了晶體質量；增加了單晶可利用率，每爐次成本降低了10%~20%；單晶成品率提高了10%~15%。

技術領域

本發明涉及單晶生長技術，尤其是涉及一種導模法生長β相氧化鎵單晶的原料處理方法。

背景技術

β相氧化鎵（β-Ga₂O₃）單晶是一種透明導電氧化物，擁有4.8ev的禁帶寬度，具有較高的擊穿場強，非常適用于光電器件和高壓功率器件中。Ga₂O₃擁有五種晶相，其中β相氧化鎵是比較穩定的晶相。β相氧化鎵單晶屬于單斜晶系，不對稱性高，且擁有多個解理面，對生長方法要求高，導模法被證明是一種適用于該晶體生長的方法。

現在國內生產的Ga₂O₃原料都為粉狀原料，然而，采用導模法進行β相氧化鎵單晶生長時，如果直接采用Ga₂O₃粉料進行生長，生長出的β相氧化鎵單晶有空洞聚集在單晶表面，形成紋路，不僅影響單晶的質量，還極易導致多晶，并且致使生長單晶的表層不可以使用，由此降低了單晶成晶率和可利用率，增大了β相氧化鎵單晶襯底成本。導模法生長β相氧化鎵單晶采用粉末狀Ga₂O₃為原料直接進行導模法β相氧化鎵單晶生長時，晶體自表面至內部約1-2mm深度含有大量的空洞，致使生長β相氧化鎵單晶表層晶片不可用，存在生長單晶表面的“紋路”問題，如圖2所示，這些空洞的存在還極易導致多晶，使成晶率降低。

發明內容

本發明旨在解決現有技術存在的問題，特別提供一種導模法生長β相氧化鎵單晶的原料處理方法。采用該方法可有效地消除空洞，提高β相氧化鎵單晶的成晶率和可利用率，從而降低生長成本。

采用該方法除了消除空洞，還具有提純和排雜的效果，可以將粉末原料中的部分雜質去除，使得最終生長的β相氧化鎵單晶更加純凈，可以提高晶體質量。可以有效改善生長單晶表面的“紋路”問題，提高單晶生長質量。

本發明采取的技術方案是：一種導模法生長β相氧化鎵單晶的原料處理方法有以下步驟：

第一步：裝料，稱取一定量的Ga₂O₃多晶粉料放入裝有帶縫模具的坩堝中。

第二步：裝爐，將所述裝有帶縫模具的坩堝放入晶體生長爐中，并安裝籽晶，籽晶晶向為[010]方向。

第三步：所述晶體生長爐抽真空后充入CO₂氣體，然后進行兩次升溫程序，使Ga₂O₃多晶粉料熔化-凝固-再熔化。

第四步：所述兩次升溫程序完成后緩慢降低籽晶，使籽晶接觸所述模具縫，待籽晶底部熔化后，向上提拉籽晶，并且對所述晶體生長爐爐體進行降溫，開始生長β相氧化鎵多晶。

第五步：待β相氧化鎵多晶生長完畢，將生長后的多晶完全提拉出至所述模具上方，開始對所述晶體生長爐爐體進行降溫。

第六步：開爐，將晶體生長爐內CO₂氣體放出至常壓，打開爐門，取出β相氧化鎵多晶。

第七步，將生長出的β相氧化鎵多晶料作為β相氧化鎵單晶生長的原料放入單晶生長坩堝中，進行β相氧化鎵單晶生長。