一种导模法生长氧化镓晶体的生长装置与生长方法

本发明涉及人工晶体，尤其涉及一种导模法生长氧化镓晶体的生长装置与生长方法。

背景技术：

1、氧化镓晶体是一种直接带隙宽禁带半导体材料，禁带宽度约为4.8～4.9ev。它具有禁带宽度大、饱和电子漂移速度快、热导率高、击穿场强高、化学性质稳定等诸多优点，在高温、高频、大功率电力电子器件领域有着广泛的应用前景。此外还可用于led芯片、日盲紫外探测、各种传感器元件及摄像元件等。

2、目前，批量制备大尺寸氧化镓晶体主要采用导模法技术。现有导模法生长氧化镓晶体的生长装置如图1所示，其包括坩埚1和内嵌于所述坩埚1中心的模具2，所述坩埚1用于装氧化镓原料。导模法生长氧化镓晶体的步骤包括：首先，通过加热体加热坩埚，使坩埚内氧化镓原料完全融化后，通过毛细虹吸作用沿着模具狭缝上升到模具的上表面；然后，缓慢下降籽晶杆(末端安装有籽晶)，使末端籽晶距离模具上表面上方3-5mm位置进行烤籽晶，5-10分钟后开始接种；随后，待籽晶与模具口熔体充分熔接后进行引晶生长，生长开始后，将加热功率提升进行缩颈操作，避免籽晶的原有缺陷延伸至晶体内部，保证晶体质量；接着，降低加热功率进行扩肩生长，使晶体横向扩满至整个模具；再接下来进行等径生长；在晶体生长结束后，缓慢降至室温，取出晶体，即获得氧化镓晶体。

3、现有导模法生长氧化镓晶体的生长装置，其包括坩埚1和内嵌于所述坩埚1中心的方形模具2，所述坩埚1为圆形坩埚，如图2所示。采用该生长装置进行晶体生长的时候，模具上表面温场通常为两端热中间冷，如图3所示。使用圆形坩埚时由于模具中心离坩埚远，模具两端离坩埚近，在降温结晶时就会出现模具中心更冷的情况，这容易导致在生长时出现晶体中心过冷开裂的问题，从而影响晶体生长的质量和效率。

4、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，本发明的目的在于提供一种导模法生长氧化镓晶体的生长装置与生长方法，旨在解决现有生长装置由于模具中心相比两端更冷，容易导致在生长时出现晶体中心过冷开裂的问题，从而影响晶体生长的质量和效率的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的第一方面，提供一种导模法生长氧化镓晶体的生长装置，所述生长装置包括坩埚和内嵌于所述坩埚中心的方形模具，其中，所述坩埚为方形坩埚。

4、本发明的第二方面，提供一种氧化镓晶体的生长方法，其中，包括步骤：采用本发明所述的生长装置，进行氧化镓晶体的生长，得到氧化镓晶体。

5、可选地，所述氧化镓晶体为氧化镓单晶。

6、有益效果：本发明通过将圆形坩埚替换为方形坩埚，使得模具在长度方向上的受热更加均匀，从而减小模具中心和两端的温度差，进而减少晶体生长时内部出现过冷开裂的情况，提高晶体生长的质量和效率。

技术特征：

1.一种导模法生长氧化镓晶体的生长装置，所述生长装置包括坩埚和内嵌于所述坩埚中心的方形模具，其特征在于，所述坩埚为方形坩埚。

2.根据权利要求1所述的导模法生长氧化镓晶体的生长装置，其特征在于，所述方形坩埚的第一方向和第二方向长度比为0.6-2.3、截面积保持不变且第一方向平行于方形模具上表面的长度方向，所述方形模具上表面的长为55mm、宽为10mm。

3.根据权利要求2所述的导模法生长氧化镓晶体的生长装置，其特征在于，所述方形坩埚的长为100mm、宽为79mm。

4.根据权利要求2所述的导模法生长氧化镓晶体的生长装置，其特征在于，所述长度比为0.6。

5.一种氧化镓晶体的生长方法，其特征在于，包括步骤：采用权利要求1～4任一项所述的生长装置，进行氧化镓晶体的生长，得到氧化镓晶体。

6.根据权利要求4所述的氧化镓晶体的生长方法，其特征在于，所述氧化镓晶体为氧化镓单晶。

技术总结
本发明公开一种导模法生长氧化镓晶体的生长装置与生长方法。所述生长装置包括坩埚和内嵌于所述坩埚中心的方形模具，其中，所述坩埚为方形坩埚。本发明通过将圆形坩埚替换为方形坩埚，使得模具在长度方向上的受热更加均匀，从而减小模具中心和两端的温度差，进而减少晶体生长时内部出现过冷开裂的情况，提高晶体生长的质量和效率。

技术研发人员：张龙,丁乐乐,齐红基,赛青林,陈端阳,黄浩天
受保护的技术使用者：中国科学院上海光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15