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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氧化镓晶体生长,尤其涉及一种抑制氧化镓挥发分解的热场结构、氧化镓晶体的生长装置和生长方法。
技术介绍
1、氧化镓(β-ga2o3)晶体是一种超宽禁带半导体材料,禁带宽度可达4.9ev,被誉为“第四代半导体材料”。相比于目前以sic和gan为代表的第三代宽禁带半导体材料,氧化镓晶体具有禁带宽度更大、击穿场强更高、baliga因子更大的优点。另外,氧化镓晶体可以利用熔体法生长的优势大大降低晶体生长成本。因此,氧化镓成为超高压、超高功率器件和日盲探测器等器件优选的材料,使用β-ga2o3作为衬底制备的器件将会有更小导通电阻损耗和更高的转换效率,在新能源汽车、轨道交通、5g通信领域有极大的应用前景。因此发展低成本高质量的氧化镓晶体生长工艺方法迫在眉睫。
2、氧化镓晶体可以使用熔体法进行生长,相比与当前热门第三代半导体材料sic、gan而言,晶体生长的速度可以大大提高,从而降低晶体的成本。但是氧化镓材料本身具有的特殊性,导致生长过程比较困难,在生长过程中氧化镓在高温下容易挥发分解,具体的反应式如下:
3、
4、高温的氧化镓挥发分解会对晶体生长带来一系列的问题,分解产物gao、ga2o等挥发分解产物会随着气流附着在籽晶、固液界面、晶体表面等位置,严重影响晶体质量。同时分解产生的金属镓会腐蚀坩埚和导模模具,这大大增加铱金的损耗增加晶体生长成本,另外腐蚀后的金属铱会进入晶体内部形成夹杂物,会严重影响生长晶体质量,甚至导致晶体生长失败。
5、现有氧化镓晶体生长方法导模法、直拉法,铸造法
6、现有相关技术在氧化镓生长过程中都无法有效的抑制氧化镓挥发分解,因此,开发一种能够抑制氧化镓挥发分解的方案显得尤为重要。
技术实现思路
1、有鉴于此,本专利技术的目的在于提供一种抑制氧化镓挥发分解的热场结构、氧化镓晶体的生长装置和生长方法。本专利技术的热场结构与生长炉炉膛之间形成有效的隔离,实现相互之间气流有效的隔断,单独密闭的热场空间大大减小了氧化镓挥发分解扩散的有效空间。
2、为了实现上述专利技术目的,本专利技术提供以下技术方案:
3、本专利技术提供了一种抑制氧化镓挥发分解的热场结构,包括:
4、石英桶9和坩埚10,所述坩埚10设置于所述石英桶9的内部,所述石英桶9设有顶部密封法兰5和底部密封法兰12,所述石英桶9的底部和底部密封法兰12之间设有支撑杆11,所述顶部密封法兰5上设有出气阀门1,所述底部密封法兰12上设有进气阀门4;
5、所述坩埚10的外表面设有热场保温材料2;
6、所述石英桶9的外表面设有加热线圈3。
7、优选地,所述坩埚10为铱金坩埚。
8、优选地,所述坩埚10的直径与深度的比值为0.5:1~20:1。
9、优选地,所述热场保温材料2的材质包括氧化锆和/或氧化铝。
10、优选地,所述热场保温材料2形成上冷下热、边缘热中间冷的温度梯度,所述温度梯度为:熔体进行晶体生长时,所述熔体径向的温度梯度为3~20k/cm,轴向的温度梯度为5~30k/cm。
11、优选地,所述热场保温材料2的表面具有非贯穿孔位。
12、优选地,所述加热线圈3为中频感应线圈。
13、本专利技术还提供了一种氧化镓晶体的生长装置,包括上述技术方案所述的热场结构、相机6和炉体8,所述热场结构位于所述炉体8内部,所述炉体8的外侧设有炉体观察窗7。
14、本专利技术还提供了一种氧化镓晶体的生长方法,利用上述技术方案所述的生长装置,包括以下步骤:
15、将氧化镓原料放入坩埚10中,关闭炉体8,打开出气阀门1,所述炉体8内真空度降到1×10-2pa后,关闭所述出气阀门1,打开进气阀门4,充入co2;
16、打开加热线圈3使坩埚10中所述氧化镓原料熔化,得到熔体;
17、降低所述加热线圈3的加热功率使所述熔体进行晶体生长,得到所述氧化镓晶体。
18、优选地,所述氧化镓原料为非掺杂氧化镓原料或掺杂氧化镓原料,所述掺杂氧化镓原料中的掺杂元素包括fe、mg、sn和si中的一种或多种。
19、本专利技术提供了一种抑制氧化镓挥发分解的热场结构,包括:石英桶9和坩埚10,所述坩埚10设置于所述石英桶9的内部,所述石英桶9设有顶部密封法兰5和底部密封法兰12,所述石英桶9的底部和底部密封法兰12之间设有支撑杆11,所述顶部密封法兰5上设有出气阀门1,所述底部密封法兰12上设有进气阀门4;所述坩埚10的外表面设有热场保温材料2或中孔结构;所述石英桶9的外表面设有加热线圈3。
20、与现有技术相比,本专利技术的有益效果如下:
21、本专利技术为实现有效抑制氧化镓挥发分解,将晶体生长的热场结构与生长炉炉膛之间形成有效的隔离,实现相互之间气流有效的隔断,单独密闭的热场结构空间大大减小了氧化镓挥发分解扩散的有效空间,将热场结构实现有效的封闭,可以实现在密闭热场空间形成正压气压,在正压气氛下可以有效的抑制氧化镓的分解,避免了挥发分解产物对生长过程控制的影响,大大提高了对生长过程的控制能力,且实现在小区域空间内气氛的有效控制,特别是对热场区域中氧气含量的控制,另外氧气可以更加直接进入热场区域,热场区域氧含量的增加可以实现对氧化镓分解的有效抑制,由于热场结构整个均处于高温区域,改变了原来高温区域和炉壳低温区域分区结构,冷热区结构的改变,减弱了整体热场中对流的强度,对流减弱可以进一步减弱氧化镓分解,有效解决了因为氧化镓挥发分解带来观测和测温问题,大大提高晶体生长可重复性和稳定性;且高温下氧化镓分解挥发的抑制,可以大大减少氧化镓熔体中分解产生的金属镓,缓解金属镓对坩埚的腐蚀,降低晶体生长的成本,另外生长的氧化镓晶体质量可以大幅度增加,减少晶体铱金夹杂物等缺陷。
22、进一步的,为了更好实现氧气可以进入氧化镓熔体,本专利技术将所述坩埚10的尺寸径深比(直径与深度的比值)限定为0.5:1~20:1,氧气进入有效氧化镓熔体可以有效抑制氧化镓分解,减缓分解产生的金属镓腐蚀坩埚的现象,特别是坩埚r角位置处,坩埚直径的增大,能够增加氧气与熔体接触的面积,大大增加了氧气进入熔体的概率,同时坩埚深度的减小也避免了因为氧气扩散距离带来的氧化镓分解腐蚀坩埚的问题;
23、进一步的,为了生长合理的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抑制氧化镓挥发分解的热场结构,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的热场结构,其特征在于,所述坩埚(10)为铱金坩埚。
3.根据权利要求1或2所述的热场结构,其特征在于,所述坩埚(10)的直径与深度的比值为0.5:1~20:1。
4.根据权利要求1所述的热场结构,其特征在于,所述热场保温材料(2)的材质包括氧化锆和/或氧化铝。
5.根据权利要求1所述的热场结构,其特征在于,所述热场保温材料(2)形成上冷下热、边缘热中间冷的温度梯度,所述温度梯度为:熔体进行晶体生长时,所述熔体径向的温度梯度为3~20K/cm,轴向的温度梯度为5~30K/cm。
6.根据权利要求4或5所述的热场结构,其特征在于,所述热场保温材料(2)的表面具有非贯穿孔位。
7.根据权利要求1所述的热场结构,其特征在于,所述加热线圈(3)为中频感应线圈。
8.一种氧化镓晶体的生长装置,其特征在于,包括权利要求1~7任一项所述的热场结构、相机(6)和炉体(8),所述热场结构位于所述炉体(8)内部,所述炉体(8)的外侧设有炉
9.一种氧化镓晶体的生长方法,其特征在于,利用权利要求8所述的生长装置,包括以下步骤:
10.根据权利要求9所述的生长方法,其特征在于,所述氧化镓原料为非掺杂氧化镓原料或掺杂氧化镓原料,所述掺杂氧化镓原料中的掺杂元素包括Fe、Mg、Sn和Si中的一种或多种。
...【技术特征摘要】
1.一种抑制氧化镓挥发分解的热场结构,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的热场结构,其特征在于,所述坩埚(10)为铱金坩埚。
3.根据权利要求1或2所述的热场结构,其特征在于,所述坩埚(10)的直径与深度的比值为0.5:1~20:1。
4.根据权利要求1所述的热场结构,其特征在于,所述热场保温材料(2)的材质包括氧化锆和/或氧化铝。
5.根据权利要求1所述的热场结构,其特征在于,所述热场保温材料(2)形成上冷下热、边缘热中间冷的温度梯度,所述温度梯度为:熔体进行晶体生长时,所述熔体径向的温度梯度为3~20k/cm,轴向的温度梯度为5~30k/cm。
6.根据权利要求4或5所...
【专利技术属性】
技术研发人员:马可可,夏宁,王嘉斌,
申请(专利权)人:杭州镓仁半导体有限公司,
类型:发明
国别省市:
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