一種有效抑制氧化鎵晶體缺陷的生長裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種有效抑制氧化鎵晶體缺陷的生長裝置。該裝置包括構(gòu)成單晶爐內(nèi)多個熱場部件，多個熱場部件水平且同中心安裝；熱場中心內(nèi)嵌有發(fā)熱體和銥坩堝，由圓形感應(yīng)線圈進行加熱，發(fā)熱體與銥坩堝分離，兩者之間留有間隙；熱場部件包括用于支撐銥反射屏的氧化鋯內(nèi)保溫筒；覆蓋在銥反射屏之上的上部保溫部件，其上留有籽晶桿入口；環(huán)繞氧化鋯內(nèi)保溫筒的中部保溫部件；環(huán)繞銥坩堝和發(fā)熱體的下部保溫部件。該裝置設(shè)計能夠減少銥坩堝的損耗，有效抑制晶體內(nèi)部雜質(zhì)元素的含量，從而能夠很好地抑制晶體內(nèi)部缺陷，延長坩堝使用壽命，為實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量、低成本的氧化鎵單晶奠定了基礎(chǔ)。
【專利說明】
一種有效抑制氧化鎵晶體缺陷的生長裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及晶體材料生長技術(shù)，特別是涉及一種有效抑制氧化鎵晶體缺陷的生長
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鎵材料禁帶寬度為4.9eV，在深紫外區(qū)透過率可達80%左右，可用于制作紫外激光器，各種傳感器元件及攝像元件。另外，它的擊穿電場強度約為Si的20多倍，與SiC和GaN相比，采用氧化鎵材料可制造出高耐壓且低損耗的功率半導體元件，是一種很有前途的寬禁帶氧化物半導體材料。然而，氧化鎵熔點較高(1740-1820°C)，易揮發(fā)和分解，同時對坩禍腐蝕較為嚴重，因而晶體生長過程中容易引入雜質(zhì)，產(chǎn)生較多缺陷。由于氧化鎵熔點高，并且在熔點附近容易揮發(fā)和分解，因此，生長大尺寸單晶非常困難。目前，國內(nèi)采用導模法制備氧化鎵晶體最大尺寸僅為I英寸，不能夠滿足器件對大尺寸襯底的要求。一般生長氧化鎵晶體采用導模法或提拉法，由于氧化鎵熔體腐蝕性強，生長環(huán)境較為苛刻。
[0003]目前一般采用感應(yīng)加熱銥坩禍的方式生長氧化鎵晶體。然而，這種加熱方式對銥坩禍損耗大，并且會使得銥雜質(zhì)大量摻入晶體中，從而使得晶體內(nèi)部缺陷增加。因此，對氧化鎵晶體生長裝置提出了更高的要求:需要減小對銥坩禍的損耗，降低雜質(zhì)元素的摻入，從而有效抑制晶體缺陷的產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于:針對氧化鎵晶體生長過程中采用感應(yīng)加熱銥坩禍的方式導致晶體中產(chǎn)生大量的缺陷，提供了一種有效抑制晶體缺陷的生長
目.ο
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種有效抑制氧化鎵晶體缺陷的生長裝置，其特征在于，該裝置包括構(gòu)成單晶爐內(nèi)用于保溫和加熱熱場的多個熱場部件，多個熱場部件水平且同中心安裝;熱場中心內(nèi)嵌有發(fā)熱體和銥坩禍，由圓形感應(yīng)線圈同時對發(fā)熱體以及銥坩禍進行加熱，發(fā)熱體與銥坩禍分離，兩者之間留有間隙;熱場部件包括用于支撐銥反射屏的氧化鋯內(nèi)保溫筒，氧化鋯內(nèi)保溫筒位于發(fā)熱體之上，由發(fā)熱體支撐;包括覆蓋在銥反射屏之上的上部保溫部件，其上留有籽晶桿入口；包括環(huán)繞氧化鋯內(nèi)保溫筒的中部保溫部件;還包括環(huán)繞銥坩禍和發(fā)熱體的下部保溫部件;各熱場部件材料的純度均為99.7%以上。
[0006]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:該裝置設(shè)計能夠減少銥坩禍的損耗，有效抑制晶體內(nèi)部雜質(zhì)元素的含量，從而能夠很好地抑制晶體內(nèi)部缺陷，延長坩禍使用壽命，為實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量、低成本的氧化鎵單晶奠定了基礎(chǔ)。
[0007]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
a.采用感應(yīng)加熱發(fā)熱體的方式可以大大降低對銥坩禍的損害，延長坩禍使用壽命。
[0008]b.可以有效減少銥i甘禍中銥元素摻入晶體中，從而抑制了晶體內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生。
[0009]c.發(fā)熱體與銥坩禍分離，可以支撐氧化鋯內(nèi)保溫筒并且能夠防止部分外部雜質(zhì)進入原料。
[0010]d.發(fā)熱體外徑為Φ55-100πιπι，銥坩禍外徑為Φ40-80πιπι，可以生長I英寸到2英寸氧化嫁晶體。
【附圖說明】
[0011]圖1為有效抑制氧化鎵晶體缺陷的生長裝置示意圖；
圖2為圖1中氧化鋯內(nèi)保溫筒放大的剖面示意圖；
圖3為圖1中依反射屏放大的俯視不意圖。
【具體實施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明:
參照圖1、圖2和圖3，本裝置包括構(gòu)成單晶爐內(nèi)用于保溫和加熱熱場的多個熱場部件，多個熱場部件水平且同中心安裝;熱場中心內(nèi)嵌有發(fā)熱體8和銥坩禍7，由圓形感應(yīng)線圈10同時對發(fā)熱體8以及銥坩禍7進行加熱，發(fā)熱體8與銥坩禍7分離，兩者之間留有間隙；熱場部件包括用于支撐銥反射屏9的氧化鋯內(nèi)保溫筒4，氧化鋯內(nèi)保溫筒4位于發(fā)熱體8之上，由發(fā)熱體8支撐;包括覆蓋在銥反射屏9之上的上部保溫部件2，其上留有籽晶桿入口 I;包括環(huán)繞氧化鋯內(nèi)保溫筒4的中部保溫部件3;還包括環(huán)繞銥坩禍7和發(fā)熱體8的下部保溫部件6;各熱場部件材料的純度均為99.7%以上。
[0013]本裝置的上部保溫部件2、中部保溫部件3和下部保溫部件6均由厚度為25-50mm的氧化鋯纖維板構(gòu)成。
[0014]本裝置的氧化鋯內(nèi)保溫筒4厚度為6-12mm，外徑為64-110mm，高度為40-100mm，其上端開一小凹槽4-1，用于放置銥反射屏9，凹槽深度為2.5-5mm。
[0015]本裝置的氧化鋯內(nèi)保溫筒4的側(cè)壁上設(shè)有向上傾斜且與中部保溫部件3連通的可視孔5。
[OO10]本裝置的銥反射屏9形狀為中心開孔的銥圓片制成，厚度為2.5-4mm，直徑為60-110mm，中心小孔9-1直徑為35-60mm，且與籽晶桿入口 I連通;銥反射屏9位于銥坩禍7正上方50-150mmo
[0017]本裝置的銥坩禍7為圓形坩禍，外徑為Φ40-85πιπι，壁厚為2-4mm，高度為40-70mm，所述的銥坩禍7由純度為99.9%的金屬銥制成。
[0018]本裝置的銥坩禍7底部設(shè)置用于測溫的熱電偶11。
[0019]本裝置的銥坩禍7底部設(shè)置用于支撐銥坩禍的氧化鋯墊片12。
[0020]本裝置的發(fā)熱體8為圓筒狀，外徑為Φ55-100πιπι，上下開口，壁厚5_7mm，高度為55-90mm，由金屬銥或者耐氧化、耐高溫導電陶瓷制備。
[0021 ] 本裝置的銥坩禍7、發(fā)熱體8和銥反射屏9的制備材料純度均為99.95-99.999%。
[0022]實施例:本發(fā)明提供了一種有效抑制氧化鎵晶體缺陷的生長裝置設(shè)計，同時適用于采用導模法或者提拉法生長大尺寸氧化鎵晶體。具體可以采用以下步驟:
首先，在單晶爐內(nèi)安裝保溫和加熱熱場部件，熱場部件包括由氧化鋯纖維板制成的圍繞發(fā)熱體8的下部保溫部件6，銥坩禍7，對銥反射屏9起支撐作用的氧化鋯內(nèi)保溫筒4，由氧化鋯纖維板制成的上部保溫部件2和中部保溫部件3，銥反射屏9以及環(huán)繞保溫構(gòu)件群的圓形感應(yīng)線圈10。各熱場部件材料的純度均高于99.7%。
[0023]發(fā)熱體8與銥坩禍7分離，從而實現(xiàn)發(fā)熱體8對氧化鋯內(nèi)保溫筒4的支撐以及防止外來雜質(zhì)的作用。發(fā)熱體8為圓筒狀，材料為金屬銥制備，發(fā)熱體外徑為Φ 100mm，壁厚5mm，高度為60mm。銥i甘禍7為圓形，i甘禍外徑為Φ 84mm，壁厚為3mm，高度為40mm。
[0024]為了便于實時觀測晶體生長情況，在中部保溫部件3(氧化鋯纖維板)和氧化鋯內(nèi)保溫筒4上開設(shè)一組視孔5?？椎男螤畈幌?，可以為橢圓形也可為長方形?？梢暱?的方向與水平方向呈50度角向上傾斜，以獲得最佳觀測角度。
[0025]為了減小單晶爐內(nèi)軸向和徑向溫度梯度，抑制晶體生長過程中出現(xiàn)開裂、解理和多晶現(xiàn)象，在銥坩禍正上方80mm位置安裝中心開孔的圓形銥反射屏9，銥反射屏9厚度為3mm，直徑為106mm，銥反射屏9中心小孔9-1直徑為35mm，且與籽晶桿入口 I連通。
[0026]為了便于固定銥反射屏9，采用上端開凹槽的氧化鋯保溫筒4，氧化鋯內(nèi)保溫筒4厚度為6mm，外徑為110mm，高度為75mm，上端開一小凹槽4_1，凹槽深度為5mm。
[0027]為了監(jiān)測晶體生長溫度，在銥坩禍7底部設(shè)置測溫點-熱電偶11，以便對整個晶體生長過程進行實時溫度監(jiān)測。
[0028]上述銥坩禍7、發(fā)熱體8和銥反射屏9的制備材料純度優(yōu)選99.95-99.999%。
[0029]上述單晶爐內(nèi)熱場設(shè)計適合于2英寸氧化鎵晶體生長。
【主權(quán)項】
1.一種有效抑制氧化鎵晶體缺陷的生長裝置，其特征在于，該裝置包括構(gòu)成單晶爐內(nèi)用于保溫和加熱熱場的多個熱場部件，多個熱場部件水平且同中心安裝;熱場中心內(nèi)嵌有發(fā)熱體(8)和銥坩禍(7)，由圓形感應(yīng)線圈(10)同時對發(fā)熱體(8)以及銥坩禍(7)進行加熱，發(fā)熱體(8)與銥坩禍(7)分離，兩者之間留有間隙；熱場部件包括用于支撐銥反射屏(9)的氧化鋯內(nèi)保溫筒(4)，氧化鋯內(nèi)保溫筒(4)位于發(fā)熱體(8)之上，由發(fā)熱體(8)支撐;包括覆蓋在銥反射屏(9)之上的上部保溫部件(2)，其上留有籽晶桿入口(I);包括環(huán)繞氧化鋯內(nèi)保溫筒(4)的中部保溫部件(3);還包括環(huán)繞銥坩禍(7)和發(fā)熱體(8)的下部保溫部件(6);各熱場部件材料的純度均為99.7%以上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有效抑制氧化鎵晶體缺陷的生長裝置，其特征在于，所述的上部保溫部件(2)、中部保溫部件(3)和下部保溫部件(6)均由厚度為25-50_的氧化鋯纖維板構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有效抑制氧化鎵晶體缺陷的生長裝置，其特征在于，所述的氧化錯內(nèi)保溫筒(4)厚度為6-12mm，外徑為64-110mm，高度為40-100mm，其上端開一小凹槽(4-1)，用于放置銥反射屏(9)，凹槽深度為2.5-5mm。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種有效抑制氧化鎵晶體缺陷的生長裝置，其特征在于，在所述的氧化鋯內(nèi)保溫筒(4)的側(cè)壁上設(shè)有向上傾斜且與中部保溫部件(3)連通的可視孔(5)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有效抑制氧化鎵晶體缺陷的生長裝置，其特征在于，所述的銥反射屏(9)形狀為中心開孔的銥圓片制成，厚度為2.5-4mm，直徑為60-110mm，中心小孔(9-1)直徑為35-60mm，且與籽晶桿入口(I)連通;銥反射屏(9)位于所述的銥坩禍(7)正上方50-150mmo6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有效抑制氧化鎵晶體缺陷的生長裝置，其特征在于，所述的銥坩禍(7)為圓形坩禍，外徑為Φ40-85πιπι，壁厚為2-4mm，高度為40-70mm，所述的銥坩禍(7)由純度為99.9%的金屬銥制成。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種有效抑制氧化鎵晶體缺陷的生長裝置，其特征在于，所述的銥坩禍(7)底部設(shè)置用于測溫的熱電偶(11)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種有效抑制氧化鎵晶體缺陷的生長裝置，其特征在于，所述的銥坩禍(7)底部設(shè)置用于支撐銥坩禍的氧化鋯墊片(12)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有效抑制氧化鎵晶體缺陷的生長裝置，其特征在于，所述的發(fā)熱體(8)為圓筒狀，外徑為Φ 55-100mm，上下開口，壁厚5_7mm，高度為55-90mm，由金屬銥或者耐氧化、耐高溫導電陶瓷制備。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有效抑制氧化鎵晶體缺陷的生長裝置，其特征在于，所述的銥坩禍(7 )、發(fā)熱體(8 )和銥反射屏(9 )的制備材料純度均為99.95-99.999%。
【文檔編號】C30B29/16GK105970290SQ201610615336
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年8月1日
【發(fā)明人】徐永寬, 練小正, 于凱, 霍曉青, 張穎武, 張政, 程紅娟, 李璐杰, 張志鵬
【申請人】中國電子科技集團公司第四十六研究所