CN113913925A - 一种基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于导模法的β‑Ga2O3单晶生长方法，其包括：提供板状籽晶，所述板状籽晶的X射线衍射摇摆曲线峰的半高全宽小于100弧秒；使所述板状籽晶与模具缝上的氧化镓熔体接触；提拉所述板状籽晶使β‑Ga2O3单晶生长。本发明通过优选X射线衍射摇摆曲线峰的半高全宽小于100弧秒的板状籽晶，保证了生长出来的氧化镓单晶质量；通过使用横截面积较大的板状籽晶，省略了宽度和厚度方向的放肩过程，有效的抑制了晶体生长过程中多晶的产生。
Description
技术领域
本发明涉及氧化镓晶体制备技术领域，尤其涉及一种基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法。
背景技术
β-Ga2O3(氧化镓)是一种直接带隙宽禁带半导体材料，禁带宽度约为4.8～4.9eV。它具有禁带宽度大、饱和电子漂移速度快、热导率高、击穿场强高、化学性质稳定等诸多优点，在高温、高频、大功率电力电子器件领域有着广泛的应用前景。此外还可用于LED芯片，日盲紫外探测、各种传感器元件及摄像元件等。
目前，批量制备大尺寸氧化镓晶体主要采用导模法制备技术。导模法是一种成熟的单晶制备技术，尤其广泛应用于蓝宝石单晶等高温晶体的生长。公开号CN104736748A的发明专利提出了一种导模法生长高质量氧化镓晶体的方法，要求籽晶的缺陷密度小于5×105/cm2，希望能够生长出高品质的氧化镓单晶。
然而，籽晶质量的影响因素有很多，比如晶体XRD衍射的本征半高全宽、位错密度以及弯曲应力、残余应力等，这些都会影响最终生长出来的氧化镓单晶的质量。因此，关于籽晶质量的要求还需要进一步明确。
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基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，旨在解决现有导模法制备的β-Ga2O3单晶质量较差的问题。
本发明的技术方案如下：
一种基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，其中，包括：
提供板状籽晶，所述板状籽晶的X射线衍射摇摆曲线峰的半高全宽小于100弧秒；
使所述板状籽晶与模具缝上的氧化镓熔体接触；
提拉所述板状籽晶使β-Ga2O3单晶生长。
所述基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，其中，所述板状籽晶的X射线衍射摇摆曲线峰的半高全宽小于50弧秒。
所述基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，其中，提拉所述板状籽晶使β-Ga2O3单晶生长的步骤中：所述板状籽晶沿b轴方向提拉，不进行宽度和厚度方向的放肩。
所述基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，其中，所述板状籽晶的宽度大于生长的所述β-Ga2O3单晶的宽度，所述板状籽晶的厚度大于生长的所述β-Ga2O3单晶的厚度。
所述基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，其中，所述板状籽晶的宽度大于所述模具缝的长度。
所述基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，其中，所述板状籽晶的主面是(100)面，生长的β-Ga2O3单晶主面也是(100)面。
所述基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，其中，所述板状籽晶的主面是(001)面，生长的β-Ga2O3单晶主面也是(001)面。
有益效果：本发明提供了一种基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，其包括：提供板状籽晶，所述板状籽晶的X射线衍射摇摆曲线峰的半高全宽小于100弧秒；使所述板状籽晶与模具缝上的氧化镓熔体接触；提拉所述板状籽晶使β-Ga2O3单晶生长。本发明通过优选X射线衍射摇摆曲线峰的半高全宽小于100弧秒的板状籽晶，保证了生长出来的氧化镓单晶质量；通过使用横截面积较大的板状籽晶，省略了宽度和厚度方向的放肩过程，有效的抑制了晶体生长过程中多晶的产生。
附图说明
图1为本发明一种基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法的流程图。
图2为本发明氧化镓单晶在生长中的立体示意图，图中，1为板状籽晶；2为出来的β-Ga2O3单晶；3为模具缝；4为模具。
具体实施方式
本发明提供一种基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
氧化镓晶体X射线衍射摇摆曲线峰的半高全宽包含了晶体衍射的本征半高全宽、由位错密度引起的峰型展宽和弯曲应力、残余应力等引起的峰型展宽，是衡量氧化镓晶体质量最全面的指标。
基于此，本发明提供了一种基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，如图1所示，其包括步骤：
S10、提供板状籽晶，所述板状籽晶的X射线衍射摇摆曲线峰的半高全宽小于100弧秒；
S20、使所述板状籽晶与模具缝上的氧化镓熔体接触；
S30、提拉所述板状籽晶使β-Ga2O3单晶生长。
具体来讲，导模法是从熔体人工制取单晶材料的方法之一，它是将熔体放在留有毛细管狭缝的模具中，熔体借毛细作用上升到模具顶部，形成一层薄膜并向四周扩散，同时由位于所述模具上方的籽晶诱导结晶的方法。本实施例基于导模法，选择X射线衍射摇摆曲线峰的半高全宽小于100弧秒的板状籽晶来诱导生长β-Ga2O3单晶，由于半高全宽小于100弧秒的板状籽晶具有位错密度小、弯曲应力小以及残余应力比较小的特点，这有利于生长出位错密度小、弯曲应力小以及残余应力比较小的高质量的β-Ga2O3单晶。
在一些优选的实施方式中，所述板状籽晶的X射线衍射摇摆曲线峰的半高全宽小于50弧秒。当采用X射线衍射摇摆曲线峰的半高全宽小于50弧秒的板状籽晶来诱导生长β-Ga2O3单晶时，所述板状籽晶的位错密度更小、弯曲应力及残余应力也更小，这更有利于生长出高质量不含杂晶的β-Ga2O3单晶。
在一些实施方式中，提拉所述板状籽晶使β-Ga2O3单晶生长的步骤中：为了避免放肩过程中容易产生的多晶问题，本实施例所述板状籽晶在提拉过程中只沿b轴方向提拉，不进行宽度和厚度方向的放肩。
在一些实施方式中，如图2所示，所述板状籽晶1的宽度大于生长的所述β-Ga2O3单晶2的宽度，所述板状籽晶1的厚度大于生长的所述β-Ga2O3单晶2的厚度。也就是说，所述板状籽晶的横截面尺寸大于生长出来的所述β-Ga2O3单晶的横截面的尺寸。本实施例通过使用横截面积较大的板状籽晶，省略了宽度和厚度方向的放肩过程，有效的抑制了晶体生长过程中多晶的产生。
在一些实施方式中，如图2所示，所述板状籽晶1位于所述模具4的上方，所述板状籽晶1的宽度大于所述模具缝3的长度，进一步的保证了所述板状籽晶1的宽度大于生长的所述β-Ga2O3单晶2的宽度，确保不会在宽度方向放肩。
在一些优选的实施方式中，为了有效节省板状籽晶的用量，所述的板状籽晶的宽度和厚度均可以等于生长出来的所述β-Ga2O3单晶，即板状籽晶的横截面尺寸等于生长出来的所述β-Ga2O3单晶横截面的尺寸。同时，所述的板状籽晶的宽度等于晶体生长所用模具缝的长度。
在一些实施方式中，所述板状籽晶的主面是(100)面，生长的β-Ga2O3单晶主面也是(100)面。
在一些实施方式中，所述板状籽晶的主面是(001)面，生长的β-Ga2O3单晶主面也是(001)面。
综上所述，本发明通过优选X射线衍射摇摆曲线峰的半高全宽小于100弧秒的板状籽晶，保证了生长出来的氧化镓单晶质量；通过使用横截面积较大的板状籽晶，省略了宽度和厚度方向的放肩过程，有效的抑制了晶体生长过程中多晶的产生。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，其特征在于，包括：
提供板状籽晶，所述板状籽晶的X射线衍射摇摆曲线峰的半高全宽小于100弧秒；
使所述板状籽晶与模具缝上的氧化镓熔体接触；
提拉所述板状籽晶使β-Ga2O3单晶生长。
2.根据权利要求1所述基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，其特征在于，所述板状籽晶的X射线衍射摇摆曲线峰的半高全宽小于50弧秒。
3.根据权利要求1-2任一所述基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，其特征在于，提拉所述板状籽晶使β-Ga2O3单晶生长的步骤中：所述板状籽晶沿b轴方向提拉，不进行宽度和厚度方向的放肩。
4.根据权利要求1-2任一所述基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，其特征在于，所述板状籽晶的宽度大于生长的所述β-Ga2O3单晶的宽度，所述板状籽晶的厚度大于生长的所述β-Ga2O3单晶的厚度。
5.根据权利要求1-2任一所述基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，其特征在于，所述板状籽晶的宽度大于所述模具缝的长度。
6.根据权利要求1-2任一所述基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，其特征在于，所述板状籽晶的主面是(100)面，生长的β-Ga2O3单晶主面也是(100)面。
7.根据权利要求1-2任一所述基于导模法的β-Ga2O3单晶生长方法，其特征在于，所述板状籽晶的主面是(001)面，生长的β-Ga2O3单晶主面也是(001)面。
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