【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体材料，具体涉及一种熔化氧化镓粉末材料的装置及方法、氧化镓晶体。
技术介绍
1、氧化镓(ga2o3)是一种优异的超宽禁带半导体材料，室温下其带隙宽为4.9ev，是制造高功率电子器件、日盲紫外光电子器件的理想半导体材料。因为其优越的物理性能、高的热稳定性和化学稳定性、低的能量损耗、良好的可控性和低成本等优点，在超高压功率器件和深紫外光电器件等领域，具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。当前，对以氧化镓为代表的超宽禁带半导体材料及其器件的研制和开发，已经成为全球高
竞争的战略高地。
2、由于氧化镓材料的熔点较高(1800-1820℃)，目前主要通过感应加热对氧化镓原材料粉体进行高温熔化。感应加热时必须采用导电的金属坩埚才能实现对粉体的熔化，同时由于氧化镓在高温下容易分解，因此高温熔化控制需要在一定的氧气氛环境下进行。
3、目前金属坩埚主要采用高温下不易氧化的贵金属铱(ir)来制造。但金属铱价格昂贵，是黄金的3倍以上，用铱金属制成4英寸的坩埚及配套模具的造价高达600万，并且每生产一炉，金属坩埚存在一定的氧化现象，并且铱与氧化镓熔体发生反应也会产生部分损耗(损耗率为0.2-0.5％)，从而造成氧化镓单晶衬底的成本居高不下。
技术实现思路
1、为了解决本领域存在的上述不足，本申请旨在提供一种熔化氧化镓粉末材料的装置及方法、氧化镓晶体。解决氧化镓感应加热成本高以及生长过程中引燃剂金属镓在大尺寸晶体中氧化不均等问题。
2、根据本申请的一方面
3、坩埚；
4、第一加热单元，用于加热坩埚；
5、第二加热单元，用于加热坩埚，设置在第一加热单元下方，与第一加热单元之间通过隔热挡板分离；以及
6、升降单元，用于放置坩埚，在升降单元的作用下，坩埚能够从第一加热单元中移动到第二加热单元中。
7、根据本申请的一些实施例，第一加热单元包括至少一对硅钼棒发热体，该硅钼棒发热体设置在所述升降单元两侧；和/或
8、第二加热单元为感应加热器，感应加热器设置在所述升降单元周围。
9、根据本申请的一些实施例，坩埚为陶瓷坩埚；和/或
10、陶瓷坩埚的厚度为3-10mm，可选地为4-5mm；和/或
11、陶瓷坩埚的高径比小于4:1，大于1:1；和/或
12、坩埚底部角度为0-60°，优选为60°。
13、根据本申请的另一方面，提供一种采用上述装置熔化氧化镓粉末材料的方法，包括：
14、将预处理后的氧化镓粉末材料装入所述坩埚，并将坩埚放置在第一加热单元中；
15、启动第一加热单元，将坩埚加热至第一温度；
16、启动升降单元，使坩埚从第一加热单元移动到第二加热单元中；以及
17、启动第二加热单元，使坩埚加热至第二温度，从而使坩埚内的氧化镓粉末材料完全熔化。
18、根据本申请的一些实施例，第一温度为1700-1750℃；和/或，第二温度为1800-1820℃。
19、根据本申请的一些实施例，以3-10℃/min的速度分三阶段加热至第一温度，其中第一阶段的终点温度为1200℃，第二阶段的终点温度为1400℃。
20、根据本申请的一些实施例，加热至第一温度后保温1-3h；和/或，加热至所述第二温度后保温3-5h。
21、根据本申请的一些实施例，在氧气/氩气混合气氛下对坩埚进行加热，可选地，氧气/氩气的分压比为1:3-1:4，压强为0.5-3.5mpa。
22、根据本申请的一些实施例，预处理为干燥处理；
23、根据本申请的一些实施例，预处理后的氧化镓粉末材料装入坩埚的装料体积为坩埚体积的90-95％。
24、本申请还提供一种氧化镓晶体，通过上述的方法制备而成。
25、与现有技术相比，本申请至少包括如下有益效果：
26、本申请提供一种熔化氧化镓粉末材料的装置，包括硅钼棒加热单元(mosi2)、高频感应加热单元和升降单元，该装置结构简单，容易操作且制造成本低。
27、本申请还提供一种熔化氧化镓粉末材料的方法，通过两步法实现氧化镓的高温熔化，在高温熔化时不需用昂贵的金属铱来制造坩埚，通过陶瓷坩埚就可以实现氧化镓的熔化，从而可以显著降低成本。
28、本申请的熔化氧化镓粉末材料的方法避免采用引燃剂带来的氧化和成分不均匀的问题，从而可保证后续晶体的生长质量，亦可避免添加其他助熔剂等造成氧化镓晶体污染等问题。同时本方法可根据实际需要来放大坩埚直径，从而提高生产的灵活性。
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1.一种熔化氧化镓粉末材料的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一加热单元包括至少一对硅钼棒发热体，所述至少一对硅钼棒发热体设置在所述升降单元两侧；和/或
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述坩埚为陶瓷坩埚；和/或所述陶瓷坩埚的厚度为3-10mm，可选地为4-5mm；和/或
4.一种采用权利要求1-3任一所述装置熔化氧化镓粉末材料的方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一温度为1700-1750℃；和/或，所述第二温度为1800-1820℃。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，以3-10℃/min的速度分三阶段加热至所述第一温度，其中第一阶段的终点温度为1200℃，第二阶段的终点温度为1400℃。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，加热至所述第一温度后保温1-3h；和/或，加热至所述第二温度后保温3-5h。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在氧气/氩气混合气氛下对所述坩埚进行加热，可选地，
9.根据权利要求4-8任一所述的方法，其特征在于，所述预处理为干燥处理；
10.一种氧化镓晶体，其特征在于，通过权利要求4-9中任一所述的方法制备而成。
...【技术特征摘要】
1.一种熔化氧化镓粉末材料的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一加热单元包括至少一对硅钼棒发热体，所述至少一对硅钼棒发热体设置在所述升降单元两侧；和/或
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述坩埚为陶瓷坩埚；和/或所述陶瓷坩埚的厚度为3-10mm，可选地为4-5mm；和/或
4.一种采用权利要求1-3任一所述装置熔化氧化镓粉末材料的方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一温度为1700-1750℃；和/或，所述第二温度为1800-1820℃。
6.根据权利要求5所述的方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：李龙，宫学源，李培刚，
申请(专利权)人：北京镓创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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