【技術實現步驟摘要】
本申請涉及晶體生長，具體涉及一種降溫法生長氧化鎵晶體的裝置及其方法。
技術介紹
1、半導體材料是半導體產業的基石，是推動現代信息技術發展的重要引擎。氧化鎵(β-ga2o3)作為新一代的超寬禁帶半導體材料，具有禁帶寬度大(4.9ev)、透過范圍大(260nm-2500nm)、擊穿電場強度高(8mv/cm)、baliga品質因子大及物理化學性質穩定等優點，是制備短波長光電器件、高效率功率電子器件和高精度傳感器的優選材料。在耐壓能力相同的情況下，ga2o3基功率電子器件的導通電阻理論上可降至sic基器件的1/10。除了材料的優異特性，制備成本低是ga2o3半導體材料的另一個優勢，采用類似藍寶石單晶制備的成熟晶體生長方法，可實現低成本、高質量單晶材料的規模制備。對比只能采用氣相法(生長速度約為0.1mm/h)規模生產的sic和gan晶體來說，氧化鎵晶體可以通過熔體法(生長速度約為1-10mm/h)來制備，從而可有效降低材料的制備成本。采用ga2o3有望以更低的成本研制出同樣性能，甚至性能更好的高耐壓、低損耗半導體功率電子器件。因此，氧化鎵晶體的生長具有非常明顯的產業優勢。
2、氧化鎵超寬禁帶半導體材料在信息、能源、交通、制造、國防等領域還有諸多應用，已成為當今世界各國高技術競爭的關鍵領域之一，也是我國高技術和戰略新興產業發展的重點領域之一。
3、β-ga2o3屬于單斜晶系，同時具備(100)和(001)兩個主要解理面，晶體對稱性較低，且在不同主面晶體生長過程中表現出極強的各向異性。與(100)、(001)等晶向的
技術實現思路
1、為了解決本領域存在的上述不足，本申請旨在提供一種降溫法生長氧化鎵晶體的生長裝置及其生長氧化鎵晶體的方法。
2、本申請提供一種降溫法生長氧化鎵晶體的生長裝置，包括：
3、坩堝；
4、加熱單元，置于所述坩堝四周；
5、升降單元，用于支撐所述坩堝；
6、風冷單元，位于所述坩堝下方，用于調節所述坩堝下部的溫度；
7、其中，所述坩堝在所述升降單元的作用下能夠進入或移出所述加熱單元內，且所述坩堝的溫度梯度能夠通過調節所述風冷單元風的流量和所述加熱單元的功率而調節。
8、在一些實例中，坩堝與加熱單元之間還包括保溫材料；
9、在一些實例中，保溫材料包括兩種或兩種以上的導熱系數不同的材料；
10、在一些實例中，保溫材料的導熱系數由下至上逐漸遞減；
11、在一些實例中，保溫材料由下至上依次包括：高導熱坩堝底托、低導熱坩堝套筒、低導熱坩堝蓋；
12、在一些實例中，低導熱坩堝套筒和低導熱坩堝蓋的材料為氧化鋁纖維；高導熱坩堝底托的材料為氧化鋁空氣球材料；
13、在一些實例中，加熱單元為硅鉬棒加熱器。
14、另一方面，本申請還提供一種降溫法生長氧化鎵晶體的生長方法，采用上述的生長裝置進行生長氧化鎵晶體。
15、在一些實例中，該生長方法包括：
16、將坩堝置于升降單元，并向坩堝中裝入籽晶及氧化鎵填料，啟動升降單元移動至爐內；
17、啟動加熱單元使氧化鎵填料全部熔化；
18、降低加熱單元的溫度，并開啟風冷單元使溫度以1-3℃/h的速率降溫；
19、晶體生長完成后冷卻、退火，得氧化鎵晶體。
20、在一些實例中，在氧氣和氬氣的氣氛下生長所述氧化鎵晶體；
21、在一些實例中，氧氣和氬氣的分壓比為1:4。
22、在一些實例中，開啟所述風冷單元使溫度以1-3℃/h的速率降溫包括：當溫度在1790-1800℃時，空氣流量設定為1-5l/min，當溫度在1780-1790℃時，空氣流量設定為10-20l/min；
23、在一些實例中，晶體生長完成后冷卻的降溫速率為30-60℃/h降溫到1200-1300℃，再冷卻至20-40℃。
24、在一些實例中，退火為1200-1300℃處理2-3h。
25、與現有技術相比，本申請至少包括如下有益效果：
26、本申請提供一種降溫法生長氧化鎵晶體的生長裝置，包括坩堝、加熱單元、升降單元和風冷單元；尤其是通過控制風冷單元的風的流量及發熱單元的功率，控制長晶的溫度梯度，實現氧化鎵的定向凝固。
27、本申請的生長裝置能夠精準控制晶體生長的溫度梯度，從而可提高固液界面的穩定性，減少反向溫度梯度對晶體質量的潛在影響，緩解晶體開裂等問題。本申請的生長裝置可用于生長(010)主面氧化鎵晶體，可以更好地控制(010)等主面晶體生長的速率和方向，從而獲得更加規整和均勻的晶體結構。并可根據需要來放大坩堝直徑，從而提高了晶體生長的靈活性。
28、采用本申請的裝置及溫降法生長晶體，無需依賴導模法所需的水冷系統，從而減少了對復雜設備和高溫環境的依賴。這不僅降低了能源消耗，還減少了設備維護的費用。
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1.一種降溫法生長氧化鎵晶體的裝置，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述坩堝與所述加熱單元之間還包括保溫材料。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述保溫材料包括兩種或兩種以上的導熱系數不同的材料；
4.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述保溫材料由下至上依次包括：高導熱坩堝底托、低導熱坩堝套筒、低導熱坩堝蓋。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述低導熱坩堝套筒和所述低導熱坩堝蓋的材料為氧化鋁纖維；所述高導熱坩堝底托的材料為氧化鋁空氣球材料。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述加熱單元為硅鉬棒加熱器。
7.一種采用權利要求1-6中任一所述的裝置生長氧化鎵晶體的方法，其特征在于，包括：
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，在氧氣和氬氣的氣氛下生長所述氧化鎵晶體；
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，開啟所述風冷單元使溫度以1-3℃/h的速率降溫包括：當溫度在1790-1800℃時，空氣流量設定為1-5L/min
10.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述退火為1200-1300℃處理2-3h。
...【技術特征摘要】
1.一種降溫法生長氧化鎵晶體的裝置，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述坩堝與所述加熱單元之間還包括保溫材料。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述保溫材料包括兩種或兩種以上的導熱系數不同的材料；
4.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述保溫材料由下至上依次包括：高導熱坩堝底托、低導熱坩堝套筒、低導熱坩堝蓋。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述低導熱坩堝套筒和所述低導熱坩堝蓋的材料為氧化鋁纖維；所述高導熱坩堝底托的材料為氧化鋁空氣球材料。
6.根據權利要求1所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李龍，宮學源，王躍宇，董德彪，李培剛，
申請(專利權)人：北京鎵創科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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