[发明专利]一种导模法大尺寸氧化镓单晶生长装置的热场结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种导模法氧化镓单晶生长装置，特别涉及一种导模法大尺寸氧化镓单晶生长装置的热场结构。

背景技术

β-Ga₂O₃是一种具有直接带隙的宽禁带氧化物半导体材料，其禁带宽度为4.8eV，不仅在可见光到深紫外区具有透过性，而且还具有半导体特性。其深紫外区域的透过率可达80%左右，且具有良好的化学稳定性和热稳定性，可广泛应用于微电子和光电子器件领域。与SiC和GaN相比，采用β-Ga₂O₃材料可制造出耐压更高且损失更低的功率半导体器件，此外，β-Ga₂O₃还可用于紫外探测技术、高功率LED芯片、各种传感器元件及摄像元件等，具有广泛的应用前景。然而，氧化镓由于熔点较高（1740-1820℃）、易分解、导热差以及晶体生长过程中容易产生孪晶、开裂和多晶现象，导致2英寸β-Ga₂O₃单晶生长都极为困难，传统的单晶生长设备已经不能实现大尺寸晶体的生长。因此，对氧化镓晶体生长热场提出了更高的要求，需要耐氧化和耐高温坩埚，良好的保温结构以及炉体轴向和径向存在较小的温度梯度等。目前，国际上公开报道的氧化镓单晶尺寸为4-6英寸，目前，国内主要采用浮区法以及导模法制备氧化镓晶体，制备的晶体尺寸较小，不能够满足器件对大尺寸单晶衬底的需求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种导模法大尺寸氧化镓单晶生长装置的热场结构，使该装置不仅具有耐高温、耐氧化的特点，并且炉体热场分布均匀且具有较小的轴向和径向温度梯度，从而能够很好地避免晶体开裂、解理和多晶现象产生，具体技术方案是，一种导模法大尺寸氧化镓单晶生长装置的热场结构，由上保温结构、铱反射屏、铱坩埚盖、铱发热体、铱坩埚、铱模具、感应加热线圈、下保温结构、热电偶、氧化锆垫片组成，其特征在于：所述的铱坩埚为圆形坩埚，所述的坩埚盖有与铱模具截面尺寸相同的开孔，所述的铱模具上表面形状为矩形，其上表面形状限定了晶体生长的形状，所述的铱反射屏为中心开长方形孔的圆片形，外径与铱发热体外径相同，所述的铱发热体为圆筒状，所述的上保温结构与下保温结构均为桶状体，铱坩埚内中心处嵌有铱模具，并通过氧化锆垫片同心置于下保温结构的内端面上，铱坩埚盖盖于铱坩埚上，铱模具伸入坩埚盖的开孔内，铱发热体同心套在铱坩埚外面，间距2-5mm 并置于下保温结构的内端面上，铱发热体上端面与下保温结构上端面等高，铱反射屏安装于铱发热体上端面，上保温结构顶端中心有一通孔为籽晶杆入口、侧面有一斜通孔为视孔，上保温结构与下保温结构对接在一起，热电偶从下保温结构的底端插入下保温结构的腔内的铱坩埚底部，感应加热线圈环绕于下保温结构外侧。

所述热场结构全部部件材料纯度为99.7%以上。

本发明的有益效果是，热场耐高温、抗氧化，坩埚内温度分布均匀，避免晶体的开裂，可获得高质量的大尺寸β-Ga₂O₃单晶，技术水平处于国内领先地位。

附图说明

图1是本发明的结构剖面示意图；

图2是本发明实施例制备的掺Si 2英寸β-Ga₂O₃单晶图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

实施例以导模法制备掺Si 2英寸β-Ga₂O₃单晶生长装置的热场结构为例。