本发明专利技术提供一种单晶氧化镓的制备方法及用于制备单晶氧化镓的工艺设备。所述单晶氧化镓的制备方法包括：提供氧化镓粉体；将所述氧化镓粉体压成块体氧化镓；提供坩埚，所述坩埚内具有底部容置区和顶部开口区，所述底部容置区和所述顶部开口区间隔；将所述块体氧化镓放入所述底部容置区，在所述顶部开口区放置籽晶；将所述坩埚置于流动的保护气氛中，对所述坩埚进行加热，对所述顶部开口区施加的温度低于所述籽晶的分解温度，对所述底部容置区施加的温度高于所述块体氧化镓的分解温度。本发明专利技术加快了氧化镓分解为气体源的速度，进而提高了单晶氧化镓的持续生长速度，节约了能源，降低了生产成本。了生产成本。了生产成本。
【技术实现步骤摘要】
单晶氧化镓的制备方法及用于制备单晶氧化镓的工艺设备
[0001]本专利技术涉及半导体材料制备
，具体涉及一种单晶氧化镓的制备方法及用于制备单晶氧化镓的工艺设备。
技术介绍
[0002]β
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Ga2O3禁带宽度为4.8eV，击穿电场强度约为8MV/cm，在电力电子器件和光电子器件领域极具性能优势。目前国际上制备单晶β
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Ga2O3通常是采用熔体法，如导模法、直拉法等工艺，能够制备出大尺寸高质量的单晶β
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Ga2O3。然而，由于β
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Ga2O3熔点在1700℃以上，对于加热设备及反应容器均有较高要求，因此加热设备和反应容器价格昂贵。现有熔体法在制备过程中需要用到贵金属铱制作的坩埚，导致搭建氧化镓晶体生长的热场需要巨大投入，从而导致单晶氧化镓衬底的价格居高不下，高昂的价格限制了单晶氧化镓材料的进一步应用。现有气相法制备β
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Ga2O3单晶，单晶的生长速度缓慢、产量低，同样导致生产成本较高。
技术实现思路
[0003]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有制备单晶氧化镓成本较高的缺陷，从而提供一种单晶氧化镓的制备方法及用于制备单晶氧化镓的工艺设备。
[0004]本专利技术提供一种单晶氧化镓的制备方法，包括：提供氧化镓粉体；将所述氧化镓粉体压成块体氧化镓；提供坩埚，所述坩埚内具有底部容置区和顶部开口区，所述底部容置区和所述顶部开口区间隔；将所述块体氧化镓放入所述底部容置区，在所述顶部开口区放置籽晶；将所述坩埚置于流动的保护气氛中，对所述坩埚进行加热，对所述顶部开口区施加的温度低于所述籽晶的分解温度，对所述底部容置区施加的温度高于所述块体氧化镓的分解温度。
[0005]可选的，还包括：提供腔管，所述腔管的外壁设置有加热件；将所述块体氧化镓放入所述底部容置区，在所述顶部开口区放置籽晶之后，将所述坩埚放置在所述腔管中；在所述腔管中通入保护气体，使得所述坩埚处于流动的保护气氛中；采用所述加热件对所述坩埚进行加热，在所述坩埚内形成温度梯度。
[0006]可选的，所述保护气体的流动方向为从所述底部容置区到所述顶部开口区的方向。
[0007]可选的，所述坩埚包括氧化铝坩埚或者氧化锆坩埚。
[0008]可选的，所述加热件包括感应加热件或者电阻加热件。
[0009]可选的，所述保护气体包括惰性气体或者氮气。
[0010]可选的，所述腔管中的气压为0.05标准大气压
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0.2标准大气压。
[0011]可选的，所述顶部开口区的温度为1100℃
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1400℃，所述底部容置区的温度为1200℃
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1600℃。
[0012]可选的，所述顶部开口区至所述底部容置区的温度梯度为1℃/mm
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4℃/mm。
[0013]可选的，对所述坩埚进行加热的时间为24h
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100h。
[0014]可选的，对所述坩埚进行加热的步骤中，升温的速率小于或等于5℃/min。
[0015]可选的，还包括：在所述籽晶背离所述底部容置区的一侧表面设置导热件。
[0016]可选的，所述导热件包括石英柱导热件，所述石英柱导热件的侧壁适于对入射在所述石英柱导热件内部的光进行反射，所述石英柱导热件的底面和顶面适于对入射在所述石英柱导热件内部的光进行透射。
[0017]可选的，所述籽晶的材料包括单晶氧化镓材料。
[0018]可选的，还包括：将所述块体氧化镓放入底部容置区之前，对所述块体氧化镓进行有氧气氛烧结。
[0019]可选的，所述有氧气氛烧结的参数包括：加热温度为1100℃
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1300℃，保温时间为15h
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30h。
[0020]可选的，将所述氧化镓粉体压成块体氧化镓的工艺为冷压成型工艺。
[0021]本专利技术提供一种用于制备单晶氧化镓的工艺设备，包括：腔管；位于所述腔管中的坩埚，所述坩埚内具有底部容置区和顶部开口区，所述底部容置区和所述顶部开口区间隔，所述顶部开口区适于放置籽晶；加热件，所述加热件设置在所述腔管的侧部周围，所述加热件适于对所述坩埚进行加热，以使得所述顶部开口区的温度小于所述底部容置区的温度；进气管和出气管，所述进气管与所述腔管靠近所述底部容置区的一端连通，所述出气管与所述腔管靠近所述顶部开口区的一端连通。
[0022]可选的，所述坩埚对应顶部开口区的内侧部开设有凹槽，所述凹槽适于支撑所述籽晶。
[0023]可选的，所述凹槽的深度为0.5mm
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2mm，所述凹槽的宽度为0.5mm
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2mm。
[0024]可选的，所述坩埚为圆柱形，所述坩埚的内径为30mm
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80mm，所述坩埚的侧壁厚度为3mm
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5mm，所述坩埚的高度为60mm
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150mm。
[0025]可选的，所述坩埚包括氧化铝坩埚或者氧化锆坩埚。
[0026]可选的，所述加热件包括感应加热件或者电阻加热件。
[0027]可选的，还包括：导热件，所述导热件适于设置在所述籽晶背离所述底部容置区的一侧表面。
[0028]可选的，所述导热件包括石英柱导热件，所述石英柱导热件的侧壁适于对入射在所述石英柱导热件内部的光进行反射，所述石英柱导热件的底面和顶面适于对入射在所述石英柱导热件内部的光进行透射。
[0029]可选的，所述进气管适于向所述腔管内通入保护气体，所述出气管适于将保护气体排出。
[0030]可选的，还包括：支架，所述支架适于将所述坩埚与所述腔管分隔。
[0031]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0032]本申请的单晶氧化镓的制备方法，包括：提供氧化镓粉体；将所述氧化镓粉体压成块体氧化镓；提供坩埚，所述坩埚内具有底部容置区和顶部开口区，所述底部容置区和所述顶部开口区间隔；将所述块体氧化镓放入所述底部容置区，在所述顶部开口区放置籽晶；将所述坩埚置于流动的保护气氛中，对所述坩埚进行加热，对所述顶部开口区施加的温度低于所述籽晶的分解温度，对所述底部容置区施加的温度高于所述块体氧化镓的分解温度。通过将所述坩埚置于流动的保护气氛中，带走氧化镓分解反应生成的部分氧气，使坩埚内
氧分压处于较低状态，有利于氧化镓分解反应的进行，加快了氧化镓分解为气体源的速度，进而提高了籽晶处单晶氧化镓的持续生长速度，节约了能源，降低了生产成本。此外，采用将氧化镓分解的气相传输方法制备单晶氧化镓，降低了对坩埚进行加热的温度，节约了能源，降低了生产成本。
[0033]进一步，所述坩埚包括氧化铝坩埚或者氧化锆坩埚。使用氧化铝坩埚或者氧化锆坩埚代替昂贵的铱坩埚，降低了生产成本。
[0034]进一步，将所述块体氧化镓放入底部容置区之前，对所述块体氧化镓进行有氧气氛烧结。压成的块体氧化镓只是粉体物理的堆积作用，相互作用力较弱，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种单晶氧化镓的制备方法，其特征在于，包括：提供氧化镓粉体；将所述氧化镓粉体压成块体氧化镓；提供坩埚，所述坩埚内具有底部容置区和顶部开口区，所述底部容置区和所述顶部开口区间隔；将所述块体氧化镓放入所述底部容置区，在所述顶部开口区放置籽晶；将所述坩埚置于流动的保护气氛中，对所述坩埚进行加热，对所述顶部开口区施加的温度低于所述籽晶的分解温度，对所述底部容置区施加的温度高于所述块体氧化镓的分解温度。2.根据权利要求1所述的单晶氧化镓的制备方法，其特征在于，还包括：提供腔管，所述腔管的外壁设置有加热件；将所述块体氧化镓放入所述底部容置区，在所述顶部开口区放置籽晶之后，将所述坩埚放置在所述腔管中；在所述腔管中通入保护气体，使得所述坩埚处于流动的保护气氛中；采用所述加热件对所述坩埚进行加热，在所述坩埚内形成温度梯度；优选的，所述保护气体的流动方向为从所述底部容置区到所述顶部开口区的方向；优选的，所述坩埚包括氧化铝坩埚或者氧化锆坩埚；优选的，所述加热件包括感应加热件或者电阻加热件。3.根据权利要求2所述的单晶氧化镓的制备方法，其特征在于，所述保护气体包括惰性气体或者氮气；优选的，所述腔管中的气压为0.05标准大气压
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0.2标准大气压。4.根据权利要求1所述的单晶氧化镓的制备方法，其特征在于，所述顶部开口区的温度为1100℃
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1400℃，所述底部容置区的温度为1200℃
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1600℃；优选的，所述顶部开口区至所述底部容置区的温度梯度为1℃/mm
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4℃/mm；优选的，对所述坩埚进行加热的时间为24h
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100h。5.根据权利要求1所述的单晶氧化镓的制备方法，其特征在于，对所述坩埚进行加热的步骤中，升温的速率小于或等于5℃/min。6.根据权利要求1所述的单晶氧化镓的制备方法，其特征在于，还包括：在所述籽晶背离所述底部容置区的一侧表面设置导热件；优选的，所述导热件包括石英柱导热件，所述石英柱导热件的侧壁适于对入射在所述石英柱导热件内部的光进行反射，所述石英柱导热件的底面和顶面适于对入射在所述石英柱导热件内部的光进行透射；优选的，所述籽晶的材料包括单晶氧化镓材料。7.根据权利要求1所述的单晶氧化镓的制备方法，其特征在于，还包括：将所述块体氧化镓放入底部容置区之前，对所述块体氧化...
【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：苏州燎塬半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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