一种六边形柱状氧化镓导模生长的籽晶及其使用方法与流程

本发明涉及晶体生长，具体为一种六边形柱状氧化镓导模生长的籽晶及其使用方法。

背景技术：

1、半导体材料在现代信息工业化社会中发挥着不可替代的作用，是现代半导体工业及微电子工业的基石。随着各种先进技术的不断发展，对高耐压、大功率、抗辐射等高性能电子器件以及深紫外光电子器件需求越来越迫切，尤其是在高耐压及深紫外领域，传统的半导体材料已难以满足使用要求。第三代半导体材料，如碳化硅sic、氮化镓gan和氧化锌zno等，具有宽禁带、高热导率、高击穿场强度、高饱和电子漂移速度等优点，使其在光电器件、功率器件、射频微波器件等方面展现出巨大的潜力。禁带宽度的增加，可以有效提高材料耐压性能，使光电器件的工作波段向深紫外延伸。因此，禁带宽度大的半导体材料一直是人们研究的热点。

2、氧化镓ga2o3晶体是一种新型的超宽禁带半导体材料，具有更大的禁带宽，透明导电且可以通过熔体法进行生产，生产成本低，是目前较流行的新型半导体材料。

3、目前主流的β-ga2o3体块单晶生长方法主要有以下四种：光浮区法，布里奇曼法，提拉法以及导模法。

4、导模法，导模法相比于提拉法，技术特点为在铱金坩埚中使用模具，模具带有狭缝作为毛细通道，通过毛细作用将熔体从坩埚转移到模具表面。制备β-ga2o3时，由于β-ga2o3的高熔点，模具以及坩埚一般采用耐高温金属制成，例如铱金材料，通常采用射频线圈对装置进行加热。由于模具与生长晶体间存在刚性接触，不宜使用旋转。目前，已经报道的导模法制成的片状β-ga2o3晶体高达6英寸，是唯一实现商业化生产的β-ga2o3晶体衬底输出生长方法。

5、例如公告号为cn112981522a，中国专利名称为籽晶偏角导模法生长100晶面β相氧化镓单晶的方法，采用一定角度偏转籽晶进行β相氧化镓生长的方法，利用β相氧化镓单晶生长过程中缺陷遗传性高的特点，排出β相氧化镓单晶前表面产生的缺陷，即通过氧化镓籽晶的晶向偏转，改善生长晶体的质量，提高了导模法生长100晶面β相氧化镓单晶成晶率，降低了单晶生长成本。

6、例如公告号为cn114086244a，中国专利名称为一种导模法生长氧化镓晶体的方法，包括步骤：当氧化镓籽晶下降到与模具口接触后，采用激光装置射出的激光对目标加热区域进行加热，然后进行缩颈。本发明采用激光加热具有极高的加热效率，采用激光短暂加热即可达到氧化镓籽晶缩颈所需要的热量，实现快速缩颈。且本发明采用激光加热，具有加热直接，定位精准的优势。

7、例如公告号为cn113026103b，中国专利名称为一种用于导模法生长氧化镓晶体的监控系统及氧化镓晶体制备方法，包括设置有观察窗的晶体生长炉以及籽晶杆，所述籽晶杆的一端插入到所述晶体生长炉内，所述籽晶杆的另一端连接有升降装置，所述籽晶杆靠近所述升降装置的一侧上还设置有用于实时获取氧化镓晶体重量的压力传感器，所述观察窗外侧设置有红外摄像机，所述压力传感器与所述红外摄像机均与外接计算机电连接。本实施例提供的监控系统可以及时识别氧化镓晶体生长过程中出现的过热或者过冷的现象，并且第一时间调节发热体的加热功率，有效降低由于过热或者过冷导致的晶体生长失败问题，有利于规模化生产高质量、低成本的氧化镓单晶。

8、现有导模法edge-defined film-fed growth method，efg在生产β-ga2o3时，需要根据β-ga2o3的不同主面，如200、001和-201三种β-ga2o3主面，需要频繁更换氧化镓籽晶的问题。为此，我们提供一种六边形柱状氧化镓导模生长的籽晶及其使用方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种六边形柱状氧化镓导模生长的籽晶及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的现有导模法在生产β-ga2o3时，需要根据β-ga2o3的不同主面，如200、001和-201三种β-ga2o3主面，需要频繁更换氧化镓籽晶的问题的问题。

2、根据本技术的第一个方面，提供了一种六边形柱状氧化镓导模生长的籽晶，包括六边形柱状氧化镓籽晶，所述六边形柱状氧化镓籽晶截面为非正六边形，所述六边形柱状氧化镓籽晶侧面包含三个主流晶面，所述三个主流晶面分别为第一晶面111、第二晶面112和第三晶面113。

3、优选的，所述六边形柱状氧化镓籽晶截面有第一内角，所述第一内角角度为126.2°。

4、优选的，所述六边形柱状氧化镓籽晶截面有第二内角，所述第二内角角度为103.8°。

5、优选的，所述六边形柱状氧化镓籽晶截面有第三内角，所述第三内角角度为130.0°。

6、优选的，所述六边形柱状氧化镓籽晶截面有第四内角，所述第四内角角度为126.2°。

7、优选的，所述六边形柱状氧化镓籽晶截面有第五内角，所述第五内角角度为103.8°。

8、优选的，所述六边形柱状氧化镓籽晶截面有第六内角，所述第六内角角度为130.0°。

9、优选的，所述六边形柱状氧化镓籽晶的三个主流晶面第一晶面111、第二晶面112和第三晶面113均与氧化镓晶体生长方向[010]平行。

10、根据本技术的第二个方面，提供了一种六边形柱状氧化镓导模生长的籽晶使用方法，包括以下步骤：

11、以下简称六边形柱状氧化镓籽晶为六边形柱状籽晶；

12、步骤一：氧化镓ga2o3原料干燥处理，选用纯度为99.999％的氧化镓粉末，在600-750℃温度下加热烘干4小时；

13、步骤二：将处理好的氧化镓原料放入装有铱金片状模具的铱金坩埚中，启动射频线圈加热坩埚，直至氧化镓原料熔化；

14、步骤三：使用铱金籽晶杆将六边形柱状籽晶下降到模具上表面1-2mm处，根据生产需求将六边形柱状籽晶侧面与模具长边对齐；

15、步骤四：观察六边形柱状籽晶形貌，控制加热温度，若六边形柱状籽晶底部发白变圆润，升起六边形柱状籽晶，降温5-8℃，静置10-20分钟后再次下放六边形柱状籽晶，直至六边形柱状籽晶底端无变化，下放六边形柱状籽晶与模具上表面接触；

16、步骤五：以15mm/h速度提拉六边形柱状籽晶，随着六边形柱状籽晶的上升，附着在六边形柱状籽晶上的氧化镓熔体因温度的降低而结晶，按一定速率提高拉升速度，使生长出的氧化镓晶体直径缩小；

17、步骤六：根据观测仪器反馈的氧化镓晶体形状特征，调整加热温度，保持10mm/h的提拉速度，使氧化镓晶体等径生长，直至坩埚内氧化镓熔体耗尽，快速提拉六边形柱状籽晶，使氧化镓晶体脱离模具；

18、步骤七：氧化镓晶体生长过程结束后，以80-120℃/h的速度对装置进行降温，降至室温后取出，获得片状β-ga2o3晶体，如200、-201和001晶面的β-ga2o3晶体。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、1、本发明通过对原有氧化镓籽晶结构进行改进，严格按照氧化镓晶面位向角度，以[010]为对称轴和生长方向，设计制造了六边形柱状氧化镓籽晶，解决了现有片状导模法edge-defined film-fed growth method，efg在生产β-ga2o3时，需要根据β-ga2o3的不同主面，如200、001和-201三种β-ga2o3主面，需要频繁更换氧化镓籽晶的问题。利用六边形柱状氧化镓导模生长的籽晶的不同晶面，将所述籽晶旋转到所需的生长晶面以满足不同β-ga2o3主面晶体的生长需求，无需更换籽晶，生产效率大幅提升。