【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氧化镓单晶生长，尤其涉及一种导模法生长氧化镓单晶的生长装置及生长方法。
技术介绍
1、生长单晶(如氧化镓单晶)的方法有导模法、坩埚下降法等。其中导模法是一种借助模具将原料熔液通过毛细作用输运至模具顶部生长成晶体的生长方法。导模法生长大厚度氧化镓单晶时，同时存在水平宽度和厚度两个方向放肩过程，由于氧化镓的各向异性的生长习性，会出现不受控的随机方向生长，这种过程大大增加了随机小面生长概率，导致后续晶体长出非预期的杂晶、多晶等，大大降低了成品率。
2、为了解决杂晶问题，目前提出了一种多步式的大厚度单晶制备方法，但该方法要求第一步生长完一定宽度的晶体后，再重新作为大尺寸晶种生长更厚晶体，需要耗费两炉次，且这两个步骤之间热场设计、工艺等并不完全兼容。
3、因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
1、鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种导模法生长氧化镓单晶的生长装置及生长方法，旨在解决现有方法需要耗费两炉次，且这两次之间热场设计、工艺等并不完全兼容的问题。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种导模法生长氧化镓单晶的生长装置，所述生长装置包括坩埚、模具、坩埚盖、发热体和盖板，其特征在于，所述模具设置在坩埚内，所述盖板和坩埚盖中心分别设置有第一大尺寸通孔和第二大尺寸通孔，所述盖板中心的第一大尺寸通孔边缘与模具边缘的水平距离差在5～20mm，所述坩埚盖中心的第二大尺寸通孔与模具边缘的水平距离差在1～2mm；所
4、可选的，所述发热体的直径大于所述坩埚的直径10-20mm。
5、优选的，所述发热体由金属铱制成。
6、可选的，所述盖板的通孔的形状为方形或操场跑道型。
7、优选的，所述发热体、所述坩埚、所述模具、所述坩埚盖和所述盖板呈轴对称设置。
8、采用上述装置，进行氧化镓单晶的生长，其方法步骤包括：
9、s1.熔化原料：通过电磁感应升高发热体的功率，随后热量通过热辐射传递给坩埚，使坩埚的温度升高，完全熔化其内的氧化镓原料，当原料熔体上升到模具上表面达到稳定状态后，停止升高功率；
10、s2.引晶接种：使用立方柱状氧化镓籽晶进行引晶接种，以5-10μm/s的速度缓慢下降籽晶，使立方柱状氧化镓籽晶与模具上表面的熔体接触，并熔化籽晶末端部分5～10mm后与熔体连接；
11、s3.进行缩颈：小幅度提升整个发热体3的功率50-100w，以速度5-10μm/s缓慢垂直向上提拉籽晶，使新生长的籽晶末端截面小于其原立方柱截面，提拉3～5mm后完成缩颈，籽晶平行模具宽度即长边的面作为生长主面；
12、s4.宽度放肩：以小于100w/h的幅度降低发热体3的总功率，观察到有放肩趋势时停止降低功率；晶体将保持平行于晶面的方向进行放肩过程；以10-20μm/s速度，垂直向上方向提拉籽晶，使籽晶末端晶体宽度逐渐扩展；
13、s5.厚度放肩：当s4宽度放肩步骤完成后，以50-100w/h的速率继续降低发热体3的总功率，以增大盖板和模具之间的温度梯度；继续以10-40μm/s的速度，垂直向上方向提拉籽晶，使籽晶末端晶体在厚度方向上均匀扩肩；
14、s6.等径生长：当s5厚度放肩步骤结束，完成所有放肩过程，进入等径生长阶段，根据生长情况维持发热体现有功率或者以50-100w/h的速率适当降低发热体3的总功率，继续以10-40μm/s的速度，垂直向上方向提拉籽晶，以实现等径生长，获得大厚度的氧化镓单晶。
15、优选的，所述立方柱状籽晶杆的横截面尺寸为4mm×4mm～5mm×5mm。
16、有益效果：本专利技术在常规导模法生长氧化镓单晶的生长装置基础上，增加了一发热体，并使其上边缘高于坩埚上边缘10-15mm。增加发热体后先进行热辐射加热坩埚，再通过坩埚加热原料，其增加的热辐射过程使坩埚、模具受热更均匀，从而减小模具表面温度梯度。并且，发热体高出坩埚上表面的部分，可以对模具上方空间进行加热，减小模具上方温度梯度。采用所述生长装置，有利于实现同一炉次内的可控的先只在宽度方向上放肩，然后再扩展厚度的生长过程，有效避免了杂晶生长，提高了大厚度氧化镓单晶的成品率。
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1.一种导模法生长氧化镓单晶的生长装置，所述生长装置包括坩埚(5)、模具(4)、坩埚盖(2)、发热体(3)和盖板(1)，其特征在于，所述模具(4)设置在坩埚(5)内，所述盖板(1)和坩埚盖(2)中心均设置有大尺寸通孔，分别为第一大尺寸通孔(6)和第二大尺寸通孔(6')，所述第一大尺寸通孔(6)边缘与模具(4)边缘的水平距离差在5～20mm，所述第二大尺寸通孔(6')与模具(4)边缘的水平距离差在1～2mm；所述坩埚盖(2)覆盖所述坩埚(5)上沿；所述盖板(1)覆盖所述发热体(3)上沿；所述发热体(3)呈环形包围所述坩埚(5)外围，且所述发热体(3)的上边缘高于所述坩埚(5)的上边缘10-15mm。
2.根据权利要求1所述的一种导模法生长氧化镓单晶的生长装置，其特征在于，所述发热体(3)的直径大于所述坩埚(5)的直径10-20mm。
3.根据权利要求1所述的一种导模法生长氧化镓单晶的生长装置，其特征在于，所述发热体(3)由金属铱制成。
4.根据权利要求1所述的一种导模法生长氧化镓单晶的生长装置，其特征在于，所述盖板(1)的通孔的形状为方形或操场跑
5.根据权利要求1所述的一种导模法生长氧化镓单晶的生长装置，其特征在于，所述发热体(3)、所述坩埚(5)、所述模具(4)、所述坩埚盖(2)和所述盖板(1)呈轴对称设置。
6.采用权利要求1-5任一项所述导模法生长氧化镓单晶的生长装置进行氧化镓单晶生长的方法，其特征在于，所述方法主要包括以下步骤：
7.如权利要求6所述氧化镓单晶的生长方法，其特征在于，所述籽晶(7)的立方柱横截面尺寸为4mm×4mm～5mm×5mm。
...【技术特征摘要】
1.一种导模法生长氧化镓单晶的生长装置，所述生长装置包括坩埚(5)、模具(4)、坩埚盖(2)、发热体(3)和盖板(1)，其特征在于，所述模具(4)设置在坩埚(5)内，所述盖板(1)和坩埚盖(2)中心均设置有大尺寸通孔，分别为第一大尺寸通孔(6)和第二大尺寸通孔(6')，所述第一大尺寸通孔(6)边缘与模具(4)边缘的水平距离差在5～20mm，所述第二大尺寸通孔(6')与模具(4)边缘的水平距离差在1～2mm；所述坩埚盖(2)覆盖所述坩埚(5)上沿；所述盖板(1)覆盖所述发热体(3)上沿；所述发热体(3)呈环形包围所述坩埚(5)外围，且所述发热体(3)的上边缘高于所述坩埚(5)的上边缘10-15mm。
2.根据权利要求1所述的一种导模法生长氧化镓单晶的生长装置，其特征在于，所述发热体(3)的直径大于所述坩埚(5...
【专利技术属性】
技术研发人员：赛青林，齐红基，卜予哲，贾宁，潘明艳，王斌，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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