[发明专利]一种氧化镓晶体生长装置及晶体生长方法

说明书

本发明公开了一种氧化镓晶体生长装置，包括晶体生长炉，所述晶体生长炉设有中空反应腔体，所述反应腔体内设有坩埚和加热系统，所述晶体生长炉连接传动系统，所述传动系统包括籽晶提拉装置、加热系统升降装置，所述加热系统升降装置与所述加热系统连接，所述晶体生长炉连接有抽气系统、冷却系统、进气系统和排气系统，所述传动系统、加热系统、冷却系统、抽气系统、进气系统和排气系统分别与一控制系统连接。本发明还公开了一种氧化镓晶体的生长方法。本发明提供的一种氧化镓晶体生长装置及晶体生长方法，能够满足高品质大尺寸氧化镓晶体的制备工艺流程，实现稳定，高品质的氧化镓晶体制品生产。

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，尤其涉及一种氧化镓晶体生长装置及晶体生长方法。

背景技术

氧化镓晶体材料，是继Si、SiC及GaN后的第四代宽禁带半导体材料，已知晶相共6种，包括α，β，γ等5种稳定相和1个瞬态相κ－氧化镓，其中β相为热力学稳定相，熔点约为1793℃，高温下其他相均转变为β－氧化镓，通过熔体法只能生长获得β－氧化镓晶体。β－氧化镓在体块单晶生长方面，相对其他晶相具有明显优势。

氧化镓与碳化硅、氮化镓相比，氧化镓基功率器件具备高耐压、低损耗、高效率、小尺寸等特点，例如：同等耐压情况下，对比碳化硅基器件的损耗，氧化镓基要降低86％，而尺寸仅为碳化硅基的1/5左右。氧化镓作为新一代功率半导体材料，禁带宽带大、抗极端环境强，随着能源、信息、国防、轨道交通、电动汽车等领域的快速发展，对功率半导体器件性能提出了更高的要求，高耐压、低损耗、大功率器件成为未来发展的趋势，氧化镓有望在未来功率器件领域发挥极其重要的作用。

目前，主要采用导模法制备技术批量制备氧化镓晶体，在导模法生长氧化镓的过程中，通常采用生长炉进行生长。但是在晶体生长过程中，由于坩埚内部熔体体积的减少、模具口上部晶体体积的增加、保温材料不可预见的开裂以及气流不规则的扰动等因素，容易导致晶体生长环境发生变化，若无法实时调整生长炉内晶体生长工艺条件，会影响氧化镓晶体生长的稳定性，致使开裂、杂质、多晶等缺陷产生，导致生长出的氧化镓晶体质量不能得到保证。

发明内容

鉴于目前存在的上述不足，本发明提供一种氧化镓晶体生长装置及晶体生长方法，能够满足高品质氧化镓晶体的制备工艺流程，实现稳定，高品质的氧化镓晶体制品生产。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种氧化镓晶体生长装置，包括晶体生长炉，所述晶体生长炉设有中空反应腔体，所述反应腔体内设有坩埚和加热系统，所述晶体生长炉连接传动系统，所述传动系统包括籽晶提拉装置、加热系统升降装置，所述加热系统升降装置与所述加热系统连接，所述晶体生长炉连接有抽气系统、冷却系统、进气系统和排气系统，所述传动系统、加热系统、冷却系统、抽气系统、进气系统和排气系统分别与一控制系统连接。

依照本发明的一个方面，所述籽晶提拉装置包括升降驱动机构、旋转驱动机构、籽晶杆和连接轴，所述籽晶杆的一端贯穿所述晶体生长炉，所述籽晶杆的另一端连接所述连接轴，所述连接轴与所述升降驱动机构连接。

依照本发明的一个方面，所述连接轴顶端连接一称重装置。

依照本发明的一个方面，所述加热系统升降装置包括电机，所述电机的输出轴连接导电装置，所述导电装置连接一固定装置，所述固定装置连接所述加热系统。

依照本发明的一个方面，所述升降驱动机构包括升降电机和丝杆升降装置，所述升降电机驱动所述丝杆升降装置升降，所述连接轴外侧连接一滑动组件，所述滑动组件与所述丝杆升降装置连接。

依照本发明的一个方面，所述旋转驱动机构包括旋转电机和同步齿形带，所述旋转电机通过同步齿形带和磁流体密封装置驱动所述连接轴旋转。

一种氧化镓晶体的生长方法，包括以下步骤：