[发明专利]一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的模具及生长方法

说明书

本发明公开一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的模具及生长方法。沿所述模具宽度方向上，所述模具的顶端为曲面，所述曲面为凹型曲面，所述曲面为等温或近似等温曲面。本发明根据大尺寸氧化镓晶体的热场分布情况，设计了曲面的模具顶端结构，曲面的曲率由温度梯度分布进行拟合设计得到。该曲面顶端结构，可以实现模具径向温度梯度的可控调节，有效解决了生长大尺寸氧化镓晶体时温度差带来的生长缺陷的问题，尤其在4英寸以上尺寸时能够有效减少温度差带来的生长困难，显著提高晶体的质量。且本发明的模具可适用于多种导模法引晶方式，可以减少各类缺陷的产生，从而提高晶体的可利用率。

技术领域

本发明涉及晶体生长设备领域，尤其涉及一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的模具及生长方法。

背景技术

现有导模法生长装置如图1所示，它是将一个开有狭缝1的模具2放入装有氧化镓熔体3的坩埚4中(图1中6为感应加热线圈，通过该感应加热线圈6加热坩埚4)，坩埚4内的氧化镓熔体3由于毛细虹吸作用沿着狭缝1上升到模具2的顶部。然后将籽晶放下，使之与模具2顶部的液面接触。籽晶端部熔化后和模具2顶部的熔体融合到一起，然后慢慢向上提拉，接着经过缩颈、放肩等过程，最终等径长出所需晶体5。其中，要求模具顶端的形状制成与预定生长的晶体截面形状，这样就可以按实际需要直接拉出所需形状的晶体材料。

然而，在大尺寸晶体生长时候，由于在水平宽度方向存在一定的温度梯度(由于感应加热线圈6是从四周向中心加热坩埚4及模具2，模具中心21最冷，模具边缘22温度更高，见图2中的热场等温线分布)，早期氧化镓晶体生长的模具顶端结构都是水平的，导致在水平模具顶端的边缘和中心点存在一定温度差，晶体尺寸越大，温度差会越大，超过一定程度可能会存在如下情况：当模具顶端边缘刚刚处在适合结晶的熔点温度附近时，模具顶端中心的温度已经远低于熔点，引起晶体中心过冷，导致晶体内部产生较多的缺陷；当模具中心温度熔点适合结晶，但边缘温度过高无法结晶生长，表现为晶体宽度方向上无法铺满整个模具，模具边缘生长不足。

因此，现有技术仍有待于改进和发展。

发明内容

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大尺寸氧化镓晶体的模具及生长方法，旨在解决现有导模法生长晶体的模具，其顶端在水平方向存在较大温度梯度，导致生长的晶体质量较差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种导模法生长大尺寸氧化镓晶体的模具，其中，沿所述模具宽度方向上，所述模具的顶端为曲面，所述曲面为凹型曲面，所述曲面为等温或近似等温曲面。

可选地，所述模具由镜像对称的第一夹板和第二夹板组成，所述第一夹板和第二夹板通过固定部固定在一起，所述第一夹板和第二夹板之间具有狭缝。

进一步可选地，所述第一夹板和第二夹板通过两个铆钉固定在一起，位于所述第一夹板和第二夹板之间的铆钉上绕有线圈或套有环形垫片，所述线圈或环形垫片用于控制所述狭缝的距离。再进一步可选地，所述线圈为铱丝线圈或含铱的合金线圈。再进一步可选地，所述环形垫片为环形铱垫片或环形含铱的合金垫片。

进一步可选地，所述两个铆钉之间间距小于等于35mm。

进一步可选地，所述狭缝的距离为0.1-0.5mm。

进一步可选地，所述第一夹板的底端和第二夹板的底端均设置有可供原料流入狭缝的缺口。

再进一步可选地，所述缺口的数量为两个。

可选地，所述模具为铱模具或含铱的合金模具。

可选地，所述模具顶端的两外侧、且沿宽度方向上均设置有台阶。

一种大尺寸氧化镓晶体的生长方法，其中，包括步骤：

将本发明所述的模具放置于装有氧化镓原料的坩埚内；