一种用于导模法生长氧化镓晶体的方法及“V”型模具与流程

本发明属于晶体生长领域，涉及一种用于导模法生长氧化镓晶体的方法及“v”型模具。

背景技术：

1、氧化镓(ga2o3)是一种超宽禁带氧化物，其带隙为4.8 ev，一般被集成在高功率器件当中，有望应用于新能源汽车、电力能源等领域。实验上，氧化镓功率器件的击穿场强高达3.8 mv/cm，超过了碳化硅、氮化镓的理论值。从生产角度讲，氧化镓是宽禁带半导体中唯一可以利用熔体法生长的晶体，成本约为碳化硅的1/8。生长氧化镓的方法有提拉法、浮区法、导模法、坩埚下降法，其中导模法在生产大尺寸高质量氧化镓晶体方面具有明显优势。

2、在导模法生长晶体过程中，模具表面即为晶体生长时的固液界面，一般设计为水平面。中国专利申请201921982839.4，一种导模法生产稀土共晶荧光体的模具，该模具上表面水平方向上中间过冷而两端过热，径向温梯梯度极为不均匀，而氧化镓材料本身较低的热导率以及较大的结晶潜热，使用传统模具生长氧化镓晶体效率非常低，容易出现放肩质量差、无法等径生长等问题。

3、如图6所示，导模法生长氧化镓晶体的过程中，晶体生长方向可以细分为三个子方向，a方向为晶体宽度生长方向，b方向为晶体厚度生长方向，c方向为晶体长度生长方向。其中晶体的放肩过程主要由a方向的生长主导。晶体在a方向的生长主要依赖于模具上端面径向温度梯度的排布，这意味着使用水平高度一致模具生长氧化镓晶体过程中，当晶体沿着a方向生长至模具边缘时，温度梯度变化剧烈，初始的工艺无法适应该处的温度变化速率，从而导致放肩无法进行。

4、如图7所示，现有技术模具左下端和右下端是高温区，该处的热量向四周传递，故而在模具上端面中心处形成冷点。现有技术水平等温线在模具上端面中间处稀疏，而在边缘处密集。这意味着使用水平高度一致模具生长氧化镓晶体过程中，当晶体沿着a方向生长至模具边缘时，温度梯度变化剧烈，初始的工艺无法适应该处的温度变化速率，从而导致放肩无法进行。因此，导模法生长氧化镓晶体的模具有待改善。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种用于导模法生长氧化镓晶体的方法及“v”型模具，使晶体生长过程中模具两端的温度适当下降，平衡了模具表面的温度梯度，解决了导模法生长氧化镓单晶时放肩质量差等问题。

2、本发明采用的技术方案如下：一种用于导模法生长氧化镓晶体的方法，步骤如下：

3、步骤一，将模具放置在坩埚中心，坩埚中装入氧化镓原料，盖上坩埚盖，然后将坩埚放置在加热器的中心位置，坩埚、坩埚盖和加热器的中心位置在同一条竖直轴线上，将（2(—)01）面籽晶放置在籽晶杆中，籽晶杆提拉方向为[010]；

4、步骤二，抽真空至1-3pa，充二氧化碳保护气至常压；

5、步骤三，以150-400℃升温速率进行炉体升温，化料，保温0.5h-3h；

6、步骤四，引晶，将籽晶降至模具上端面，回熔1-10mm，保温0.4h-2h；

7、步骤五，放肩，籽晶杆提拉速率为5-20mm/h，降温速率为1-10℃/h，氧化镓晶体放肩过程中，模具上端v型面ⅰ中心温度不变的情况下，边缘温度距离热源更远而下降，减小了模具上端面中心和边缘的温度差异，呈现出更均匀的温度分布，直至晶体覆盖住整个模具上表面；

8、步骤六，等径，籽晶杆提拉速率不变，降温速率为1-10℃/h；

9、步骤七，升温，将氧化镓晶体拉脱，然后降温，即得到（2(—)01）面氧化镓晶体。

10、一种用于导模法生长氧化镓晶体的“v”型模具，所述模具由两块模板构成，所述模板下端面为平面，模板上端面为两个斜面ⅰ构成的v型面ⅰ，所述v型面ⅰ侧面为斜面ⅱ；两块所述模板固定在一起，所述两块模板之间为间隙，所述两块模板斜面ⅱ构成带间隙的v型面ⅱ。

11、本发明产生的有益效果是：通过改变模具的角度直接有效地调节了晶体生长过程中固液界面处的温度梯度，促进了氧化镓晶体生长时放肩过程的顺利进行，从而获得高质量的氧化镓单晶。采用本发明的模具可以实现氧化镓晶体均匀放肩，不会因为模具边缘过热而导致氧化镓晶体无法铺满整个模具。本模具结构更加合理，可以在模具上表面建立一种更加均匀的温场分布，减小了晶体生长放肩过程的难度，提高了导氧化镓晶体的生长质量。

技术特征：

1.一种用于导模法生长氧化镓晶体的方法，其特征在于，步骤如下：

2.一种用于导模法生长氧化镓晶体的“v”型模具，其特征在于，所述模具（1）由两块模板（1-1）构成，所述模板（1-1）下端面为平面，模板（1-1）上端面为两个斜面ⅰ（1-1-1）构成的v型面i（1-1-2），所述v型面i（1-1-2）侧面为斜面ⅱ（1-1-3）；两块所述模板（1-1）固定在一起，所述两块模板（1-1）之间为间隙（1-2），所述两块模板（1-1）斜面ⅱ（1-1-3）构成带间隙的v型面ⅱ（1-3）。

3.根据权利要求2所述的一种用于导模法生长氧化镓晶体的“v”型模具，其特征在于：所述模板（1-1）斜面ⅰ（1-1-1）与水平面构成6o~15o夹角。

4.根据权利要求3所述的一种用于导模法生长氧化镓晶体的“v”型模具，其特征在于：所述v型面ⅱ（1-3）的开角范围在90o~160o之间。

5.根据权利要求2所述的一种用于导模法生长氧化镓晶体的“v”型模具，其特征在于：

6.根据权利要求2所述的一种用于导模法生长氧化镓晶体的“v”型模具，其特征在于：

技术总结
本发明涉及一种用于导模法生长氧化镓晶体的方法及“V”型模具，模具放置在坩埚中，坩埚中装入氧化镓原料，盖上坩埚盖后将坩埚放在加热器中，将（2(—)01）面籽晶放置在籽晶杆中，籽晶杆提拉方向为[010]；抽真空，充二氧化碳保护气至常压；进行炉体升温，化料，保温；引晶，将籽晶降至模具上端面，回熔，保温；放肩，氧化镓晶体放肩过程中，该模具减小了模具上端面中心和边缘的温度差异，直至晶体覆盖住整个模具上表面；等径；升温，将氧化镓晶体拉脱，然后降温，即得到（2(—)01）面氧化镓晶体。本模具结构更加合理，可以在模具上表面建立一种更加均匀的温场分布，提高了导氧化镓晶体的生长质量。

技术研发人员：王英民,王健,霍晓青,周金杰,张胜男,高飞,张弛,于凯,周传新
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第四十六研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19