本發(fā)明屬于半導(dǎo)體晶體，具體涉及一種泡生法生長氧化鎵單晶的方法。

背景技術(shù)：

1、氧化鎵單晶擁有4.8ev的禁帶寬度和3000以上的baliga優(yōu)值，被譽為最先可實現(xiàn)應(yīng)用的超寬禁帶半導(dǎo)體晶體。氧化鎵單晶的生長方法多種多樣，其中導(dǎo)模法被認證為主流生長方法，但是導(dǎo)模法生長晶體形狀為板狀，制備襯底的數(shù)量受限，并且該方法使用的銥金屬價格昂貴且銥量較大，阻礙了氧化鎵單晶的產(chǎn)業(yè)化進程。本專利采用的泡生法可以生長柱狀的氧化鎵單晶，可以獲得大尺寸的晶面的襯底，彌補了導(dǎo)模法不能獲得大尺寸（010）晶面氧化鎵襯底的缺點。

2、但是，現(xiàn)有的泡生法氧化鎵生長方法對整體生長過程描述比較粗糙，沒有明確控制溫度梯度的方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種泡生法生長氧化鎵單晶的方法，旨在解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：提供一種泡生法生長氧化鎵單晶的方法，包括：

3、s01，裝爐：向坩堝中裝入重量為m1氧化鎵原料，純度5n，把裝有原料的坩堝放入單晶生長爐中；在坩堝上方間隔放置若干個保溫屏；頂端裝[010]晶向的籽晶，關(guān)閉單晶生長爐門；抽真空至5pa以下，并充入0.7-1.3個大氣壓的高純co2。

4、s02，升溫化料：升溫并保溫至氧化鎵原料完全熔化；

5、s03，引晶生長；

6、s04，降溫取晶：生長完成后，將晶體溫度降至室溫，取出晶體。

7、需要說明的是，生長爐內(nèi)設(shè)有保溫筒，坩堝放置在保溫筒內(nèi)，保溫屏設(shè)在坩堝上側(cè)，與保溫筒連接，固定保溫屏。

8、在本發(fā)明提供的泡生法生長氧化鎵單晶的方法的一種可能的實現(xiàn)方式中，步驟s01中，在所述坩堝上方間隔放置三個所述保溫屏，每個所述保溫屏上均開設(shè)有避讓孔和多個通氣孔，三個所述保溫屏上的所述避讓孔對齊設(shè)置，用來避讓所述籽晶；相鄰兩個所述保溫屏上的通氣孔錯位設(shè)置；相鄰兩個所述保溫屏上的通氣孔錯位設(shè)置。以有效減緩原料揮發(fā)氣體流動速度，并阻擋熱輻射的散發(fā)，穩(wěn)定熱場；避讓孔的尺寸略大于晶體尺寸。

9、在本發(fā)明提供的泡生法生長氧化鎵單晶的方法的一種可能的實現(xiàn)方式中，所述保溫屏上設(shè)有9-16個所述通氣孔，每個所述通氣孔的直徑為5-15mm，相鄰兩個所述保溫屏之間間隔10-20mm。

10、具體的，保溫屏上通氣孔的數(shù)量、通氣孔的直徑根據(jù)晶體實際直徑具體設(shè)置，晶體直徑越大，保溫屏的直徑也就越大，開設(shè)的通氣孔的數(shù)量也就越多。

11、在本發(fā)明提供的泡生法生長氧化鎵單晶的方法的一種可能的實現(xiàn)方式中，步驟s01中，所述籽晶晶向偏差≤0.5°,?關(guān)閉所述單晶生長爐門后，抽真空至5pa以下，并充入0.7-1.3個大氣壓的高純co2。

12、需要說明的是，沖入二氧化碳作為保護氣體，能夠有效抑制氧化鎵的高溫分解。

13、在本發(fā)明提供的泡生法生長氧化鎵單晶的方法的一種可能的實現(xiàn)方式中，步驟s02中，采用100-150℃/h升溫速率至1850℃，保溫5-8h，至氧化鎵原料完全熔化。

14、在本發(fā)明提供的泡生法生長氧化鎵單晶的方法的一種可能的實現(xiàn)方式中，步驟s03中，將籽晶穿過保溫屏，降低至液面上10-15mm處，保溫20min-1h；再將籽晶降至液面下，熔化10-20mm；之后，采用10-20mm/h的拉速，向上提拉籽晶，保持不溶不長之后，拉速降低至0.5-1.5mm/h；最后，采用10-30℃/h的降溫速率，進行降溫生長。

15、在本發(fā)明提供的泡生法生長氧化鎵單晶的方法的一種可能的實現(xiàn)方式中，步驟s03中，記錄晶體重量為m2，當(dāng)m2與m1相差150-300g時，表示晶體生長完成。

16、需要說明的是，晶體完成生長時，坩堝內(nèi)會殘留一定量的物料，當(dāng)m2與m1相差的重量為坩堝內(nèi)殘余的原料的重量，

17、在本發(fā)明提供的泡生法生長氧化鎵單晶的方法的一種可能的實現(xiàn)方式中，步驟s03中，晶體生長過程中，m2持續(xù)升高，晶體生長完成后，升溫10-20℃，保溫0.5-1h，升拉速至10-20mm/h，當(dāng)m2與m1相差150-300g，m2由升高變?yōu)榻档蜁r，表示晶體脫離坩堝。

18、需要說明的是，在晶體生長過程中，晶體不斷變多，因此重量會持續(xù)升高，但是，當(dāng)其脫離坩堝后，由于表面張力作用，晶體完全脫離坩堝后，m2會瞬時減小，此時，即表示晶體脫離坩堝，進而有效降低了氧化鎵降溫時的開裂率。

19、在本發(fā)明提供的泡生法生長氧化鎵單晶的方法的一種可能的實現(xiàn)方式中，步驟s06中，需要中阻或者高阻晶體時，采用100-150℃/h降溫速率降溫至1000℃，恒溫3-5h，再采用200-300℃/h降溫至室溫，取出晶體。

20、在本發(fā)明提供的泡生法生長氧化鎵單晶的方法的一種可能的實現(xiàn)方式中，步驟s06中，需要低阻晶體時，采用100-150℃/h降溫速率降溫至1000℃，充入n2退火，保持低阻電阻率恒定退火，降至室溫，取出晶體。

21、本發(fā)明提供的泡生法生長氧化鎵單晶的方法的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的泡生法生長氧化鎵單晶的方法，在坩堝的上側(cè)設(shè)有若干保溫屏，而氧化鎵原料熔化后揮發(fā)嚴重，設(shè)置保溫屏后，可以阻擋原料揮發(fā)氣體流動速度，降低并穩(wěn)定熱場軸向溫度梯度，更有利于優(yōu)化泡生法氧化鎵晶體生長質(zhì)量；且能夠阻擋熱輻射，減小軸向溫梯，也使熱場軸向溫梯更容易控制，提高成晶率。

技術(shù)特征：

1.一種泡生法生長氧化鎵單晶的方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的泡生法生長氧化鎵單晶的方法，其特征在于，步驟s01中，在所述坩堝上方間隔放置三個所述保溫屏，每個所述保溫屏上均開設(shè)有避讓孔和多個通氣孔，三個所述保溫屏上的所述避讓孔對齊設(shè)置，用來避讓所述籽晶；相鄰兩個所述保溫屏上的通氣孔錯位設(shè)置。

3.如權(quán)利要求2所述的泡生法生長氧化鎵單晶的方法，其特征在于，所述保溫屏上設(shè)有9-16個所述通氣孔，每個所述通氣孔的直徑為5-15mm，相鄰兩個所述保溫屏之間間隔10-20mm。

4.如權(quán)利要求1所述的泡生法生長氧化鎵單晶的方法，其特征在于，步驟s01中，所述籽晶晶向偏差≤0.5°,關(guān)閉所述單晶生長爐門后，抽真空至5pa以下，并充入0.7-1.3個大氣壓的高純co2。

5.如權(quán)利要求1所述的泡生法生長氧化鎵單晶的方法，其特征在于，步驟s02中，采用100-150℃/h升溫速率至1850℃，保溫5-8h，至氧化鎵原料完全熔化。

6.如權(quán)利要求1所述的泡生法生長氧化鎵單晶的方法，其特征在于，步驟s03中，將籽晶穿過保溫屏，降低至液面上10-15mm處，保溫20min-1h；再將籽晶降至液面下，熔化10-20mm；之后，采用10-20mm/h的拉速，向上提拉籽晶，保持不溶不長之后，拉速降低至0.5-1.5mm/h；最后，采用10-30℃/h的降溫速率，進行降溫生長。

7.如權(quán)利要求1所述的泡生法生長氧化鎵單晶的方法，其特征在于，步驟s03中，記錄晶體重量為m2，當(dāng)m2與m1相差150-300g時，表示晶體生長完成。

8.如權(quán)利要求7所述的泡生法生長氧化鎵單晶的方法，其特征在于，步驟s03中，晶體生長過程中，m2持續(xù)升高，晶體生長完成后，升溫10-20℃，保溫0.5-1h，升拉速至10-20mm/h，直至m2降低時，表示晶體脫離坩堝。

9.如權(quán)利要求1所述的泡生法生長氧化鎵單晶的方法，其特征在于，步驟s04中，采用100-150℃/h降溫速率降溫至1000℃，恒溫3-5h，再采用200-300℃/h降溫至室溫，取出晶體。

10.如權(quán)利要求1所述的泡生法生長氧化鎵單晶的方法，其特征在于，步驟s04中，采用100-150℃/h降溫速率降溫至1000℃，充入n2退火，保持低阻電阻率恒定退火，降至室溫，取出晶體。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種泡生法生長氧化鎵單晶的方法，所述泡生法生長氧化鎵單晶的方法包括S01，裝爐：向坩堝中裝入重量為M1氧化鎵原料，純度5N，把裝有原料的坩堝放入單晶生長爐中；在坩堝上方間隔放置若干個保溫屏；頂端裝[010]晶向的籽晶，關(guān)閉單晶生長爐門；S02，升溫化料：升溫并保溫至氧化鎵原料完全熔化；S03，引晶生長；S04，降溫取晶：生長完成后，將晶體溫度降至室溫，取出晶體。本發(fā)明提供的泡生法生長氧化鎵單晶的方法，設(shè)置保溫屏后，可以阻擋原料揮發(fā)氣體流動速度，降低并穩(wěn)定熱場軸向溫度梯度，更有利于優(yōu)化泡生法氧化鎵晶體生長質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：王英民,霍曉青,周金杰,張勝男,董增印,李賀,張嵩,程紅娟,賴占平
受保護的技術(shù)使用者：中國電子科技集團公司第四十六研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2