CN114108088B - 一种β-氧化镓晶体及其生长方法与应用 - Google Patents
一种β-氧化镓晶体及其生长方法与应用 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及宽禁带半导体结晶技术领域，具体公开了一种β‑氧化镓晶体及其生长方法与应用，一种β‑氧化镓晶体的生长方法，包括以下操作步骤：（1）于0.4‑0.6MPa惰性气体下，加热氧化镓原料，熔融；（2）下降籽晶，熔接；提拉籽晶，开始引晶；（3）引晶后，继续提拉籽晶，同时升举坩埚，坩埚的上升速率小于籽晶的提拉速率，使晶体自发放肩；放肩后，停止升举坩埚，降温，使晶体等径生长；脱模，停止提拉籽晶，冷却至23℃，即得β‑氧化镓晶体。本申请β‑氧化镓晶体的位错密度最低为0.98x104条/cm2，摇摆曲线半峰宽可达43弧秒，提高了β‑氧化镓晶体的生长质量。
Description
技术领域
本申请涉及宽禁带半导体结晶领域，更具体地说，它涉及一种β-氧化镓晶体及其生长方法与应用。
背景技术
β-氧化镓晶体是一种可以用熔体法生长的半导体晶体，其具有禁带宽度大、热导率高、击穿场强高、饱和电子漂移速率快、化学性质稳定及成本低等优点，已被广泛应用于深紫外光电器件、高功率高电压器件等领域。
β-氧化镓晶体的生长方法起初为提拉法，提拉法是将构成晶体的原料放在坩埚中加热熔化，调整炉内温度场，使熔体上部处于过冷状态，让籽晶接触熔体表面，待籽晶表面稍熔后，提拉并转动籽晶杆，使熔体处于过冷状态而结晶于籽晶上；在不断提拉和旋转过程中，生长出圆柱体晶体。采用提拉法生长β-氧化镓晶体，有利于控制β-氧化镓晶体的生长条件，且生长出来的β-氧化镓晶体还具有位错密度低和光学均一性高的优点。但采用提拉法生长β-氧化镓晶体，β-氧化镓晶体的形状不易控制。为了使β-氧化镓晶体拥有更多不同的截面形状，导模法被提出。
导模法是将原料放入坩埚内的模具中加热熔化，熔体在模具的毛细作用下上升至模具顶端，在模具顶部液面上接触籽晶。通过提拉籽晶杆使籽晶杆上的籽晶上升，从而使籽晶在熔体的交界面上不断进行分子的重新排列，并随降温逐渐凝固而生长出与模具形状相同的单晶体。采用导模法生长β-氧化镓晶体，不止使β-氧化镓晶体的生长速度加快，且使晶体生长的状态较为稳定。
但是，在使用导模法生长β-氧化镓晶体的过程中，氧化镓原料在高温缺氧的生长中会发生分解而挥发，导致成品β-氧化镓晶体出现多晶，降低了β-氧化镓晶体的生长质量。
发明内容
为了提高β-氧化镓晶体的生长质量，本申请提供了一种β-氧化镓晶体及其生长方法与应用。
第一方面，本申请提供一种β-氧化镓晶体的生长方法，其采用如下技术方案：
一种β-氧化镓晶体的生长方法，其包括以下操作步骤：
(1)于0.4-0.6MPa的保护气氛条件下，加热坩埚中模具内的氧化镓原料，使氧化镓原料熔融；
(2)下降籽晶至模具上方，熔接；提拉籽晶，开始引晶；
(3)引晶后，继续提拉籽晶，同时升举坩埚，坩埚的上升速率小于籽晶的提拉速率，使晶体自发放肩；放肩后，停止升举坩埚，降温，使晶体等径生长；脱模，停止提拉籽晶，冷却至23±2℃，即得β-氧化镓晶体。
通过采用上述技术方案，β-氧化镓晶体生长所需的坩埚和模具对氧气最敏感的温度为1200-1400℃，整个生长过程在保护气氛条件下进行可防止坩埚、籽晶杆和模具被氧化，同时维持氧化镓生长环境的稳定。
申请人发现，β-氧化镓晶体在放肩和等径生长的过程中对纵向温度梯度均具有不同需求。引晶时若温度梯度较大，籽晶附近易聚集大量挥发物，挥发物易在引晶时与熔体接触而引入杂晶，导致生长出的晶体为多晶；放肩时若温度梯度较小，会导致放肩困难，则需大幅降低功率来实现放肩，但是功率降低过多易使氧化镓原料发生自发结晶而产生多晶，导致晶体生长失败。
本申请中，引晶时坩埚位置相对温场较低，这时β-氧化镓晶体处的纵向温度梯度较小，在引晶后，通过利用β-氧化镓晶体生长时的温场环境，升举坩埚，使纵向温度梯度变小，可避免引入杂晶，生长得到的β-氧化镓晶体的摇摆曲线半峰宽为50弧秒，晶体质量较优，提高了β-氧化镓晶体的生长质量。在放肩后停止升举坩埚，使等径生长过程中的纵向温度梯度变大，可避免多晶的产生，提高β-氧化镓晶体的生长质量。另外，控制坩埚的上升速率小于籽晶的提拉速率，保证β-氧化镓晶体正常生长。
作为优选：步骤(1)所述保护气氛为惰性气体。优选的，惰性气体可以选用氩气、氦气、氖气、氙气中的任一种或多种，保护气氛也可以为二氧化碳、氩气、氦气、氖气、氙气中的任一种或多种。
通过采用上述技术方案，惰性气体，作为保护气氛加入，其在高温条件下不溶于液态金属中，可保护坩埚、籽晶杆和模具等生产设备不被氧化。
作为优选：步骤(1)中，所述保护气氛为氧气和惰性气体的混合物，所述氧气与惰性气体的压力配比为1：(19-99)。
通过采用上述技术方案，保护气氛由氧气和惰性气体混合而成，添加氧气可增加气氛中的氧分压，抑制氧化镓原料的挥发和分解，提高氧化镓原料的利用率。通过调整氧气和惰性气体之间的压力配比，使氧气在适当的分压范围内，防止因氧气过多而氧化坩埚、籽晶杆等生产设备。
作为优选：步骤(2)中所述籽晶的提拉速率为6-15mm/h。
籽晶的提拉速率是β-氧化镓晶体生长中的关键技术之一，提拉速率过大会造成晶格断裂，提拉速率不稳定可导致晶体中产生大量严重的生长条纹。本申请中，控制籽晶的提拉速率为6-15mm/h，可提高β-氧化镓晶体的内在质量。
作为优选：步骤(3)中所述坩埚的上升速率为0.4-0.6mm/h。
通过采用上述技术方案，调节坩埚的上升速率，可避免因坩埚上升速度过快导致纵向温度梯度变化过大，从而提高晶体的生长质量。
作为优选：步骤(3)中，停止升举坩埚后，以1-50℃/h的速率进行降温，使晶体等径生长。进一步的停止升举坩埚后，可以1℃/h、1-10℃/h、10℃/h、10-20℃/h、20℃/h、20-30℃/h、30℃/h、30-40℃/h、40℃/h、40-50℃/h、50℃/h，更优选30℃/h。
通过采用上述技术方案，控制等径生长前的降温速率，有利于使析出的氧化镓溶质不断在晶体上生长，完成后期的等径生长。同时，还可使氧化镓熔融物始终处在亚稳态区内并维持适宜的过饱和度，从而使晶体在等径生长时能够不断持续稳定的生成。
作为优选：步骤(3)中，脱模并停止提拉籽晶后，以1000℃为临界点采用先慢后快的方式进行降温。
作为优选：当温度≥1000℃时，以80-100℃/h的速率进行降温；当温度＜1000℃时，以130-140℃/h的速率进行降温。
通过采用上述技术方案，在冷却过程中以1000℃为临界点，降温速率采用前慢后快的方式，可防止β-氧化镓晶体前期冷却过快而导致β-氧化镓晶体沿着(100)面解离或产生面滑移及孪晶，从而提高β-氧化镓晶体的生长质量。
第二方面，本申请提供一种上述β-氧化镓晶体的生长方法得到的β-氧化镓晶体。
第三方面，本申请提供一种上述β-氧化镓晶体的应用，将所述β-氧化镓晶体加工成透光板，应用于紫外光探测电器件中；或将所述β-氧化镓晶体加工成基板，应用于电力电子器件中。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
(1)本申请通过控制籽晶提拉速率大于坩埚的上升速率，且当β-氧化镓晶体生长方法中籽晶提拉速率为10mm/h，坩埚上升速率为0.5mm/h时，β-氧化镓晶体的摇摆曲线半峰宽为50弧秒，提高了的β-氧化镓晶体的生长质量；并且β-氧化镓晶体的位错密度不高于1x104条/cm2，具有较高晶体质量。
(2)本申请中，在β-氧化镓晶体脱模后以1000℃为临界点，先慢后快进行降温，能够进一步提高晶体的生长质量；β-氧化镓晶体的摇摆曲线半峰宽为47弧秒，提高了的β-氧化镓晶体的生长质量。
(3)本申请中，在β-氧化镓晶体脱模后，1000℃以上时，以90℃/h的降温速率进行降温；1000℃以下时，以135℃/h的降温速率进行降温，使β-氧化镓晶体内部无解离，面滑移及孪晶等缺陷；同时，摇摆曲线半峰宽可达43弧秒，提高了的β-氧化镓晶体的生长质量。此外，本申请的所生长的晶体一致性较好，在生产的β-氧化镓晶体为未掺杂晶体时，晶体通透无色，表明β-氧化镓晶体的内部氧空位缺陷较少。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请中的如下各原料均为市售产品，均为使本申请的各原料得以公开充分，不应当理解为对原料的来源产生限制作用，具体为：氧化镓原料，纯度为99.99-99.999％。
本申请中坩埚设置于生长炉的炉膛内，坩埚底部依次设置有保温层和可升降坩埚托，可升降坩埚托底部设置有使坩埚升降的传动装置以及测温装置。同时，坩埚的升降不会对炉膛内温场的控制造成负面影响。除上述结构之外，晶体生长设备的其余结构组成与现有工艺中的相同。除可升降坩埚托外，坩埚底部还可设置其他供坩埚升降的装置。
目前，生产中一般可生长出长×宽×高＝20mm×12mm×20mm或20mm×12mm×40mm不同规格的β-氧化镓晶体。本申请以长×宽×高＝20mm×12mm×20mm规格的β-氧化镓晶体为例进行说明，但并不能对本申请生长方法的适用性造成限制，即本申请的生长方法可适用于不同规格尺寸的β-氧化镓晶体生长，将模具对应替换为对应尺寸即可。同时，本申请β-氧化镓晶体生长的提拉方向为晶面指数[010]，晶体生长的主面为晶面指数[001]。
实施例1
实施例1的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)将氧化镓原料加入坩埚内的模具中，籽晶杆的一端插入生长炉内，另一端连接有升降装置，将籽晶置于籽晶杆的下端，并位于模具的正上方，使籽晶杆提拉时，籽晶接触模具顶部的液面；
在0.5MPa的纯氩气条件下，将炉膛内的温度加热至1840℃，使坩埚内的氧化镓原料熔融；
(2)下降籽晶杆，使籽晶与模具顶部的氧化镓原料熔接；以6mm/h的速率提拉籽晶，开始引晶；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以6mm/h的速率提拉籽晶杆，同时以0.4mm/h升举坩埚，使晶体自发放肩；放肩达到20mm，停止升举坩埚，以30℃/h的速率降温，使晶体等径生长；在等径生长的长度达到20mm时，升高50℃，脱模，停止提拉籽晶，冷却至23±2℃，即得β-氧化镓晶体。
实施例2
实施例2的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)在0.5MPa的99％氩气和1％氧气的条件下，将炉膛内的温度加热至1840℃，使坩埚内的氧化镓原料熔融；
(2)同实施例1；
(3)同实施例1。
实施例3
实施例3的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)在0.5MPa的95％氩气和5％氧气的条件下，将炉膛内的温度加热至1840℃，使坩埚内的氧化镓原料熔融；
(2)同实施例1；
(3)同实施例1。
实施例4
实施例4的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例3；
(2)同实施例3；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以6mm/h的速率提拉籽晶，同时以3mm/h升举坩埚，使晶体自发放肩；剩余操作同实施例3，即得β-氧化镓晶体。
实施例5
实施例5的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例3；
(2)同实施例3；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以6mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.1mm/h升举坩埚，使晶体自发放肩；剩余操作与实施例3相同，即得β-氧化镓晶体。
实施例6
实施例6的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例3；
(2)下降籽晶杆，使籽晶与氧化镓原料熔接；以10mm/h的速率提拉籽晶杆，开始引晶；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以10mm/h的速率提拉籽晶，同时以2mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；剩余操作同实施例3，即得β-氧化镓晶体。
实施例7
实施例7的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例3；
(2)同实施例6；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以10mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.8mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；剩余操作同实施例3，即得β-氧化镓晶体。
实施例8
实施例8的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例3；
(2)下降籽晶杆，使籽晶与氧化镓原料熔接；以15mm/h的速率提拉籽晶杆，开始引晶；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以15mm/h的速率提拉籽晶，同时以1mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；剩余操作同实施例3，即得β-氧化镓晶体。
实施例9
实施例9的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例3；
(2)下降籽晶杆，使籽晶与氧化镓原料熔接；以5mm/h的速率提拉籽晶杆，开始引晶；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以5mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.4mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；剩余操作同实施例3，即得β-氧化镓晶体。
实施例10
实施例10的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例3；
(2)下降籽晶杆，使籽晶与氧化镓原料熔接；以17mm/h的速率提拉籽晶杆，开始引晶；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以17mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.4mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；剩余操作同实施例3，即得β-氧化镓晶体。
实施例11
实施例11的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例3；
(2)下降籽晶杆，使籽晶与氧化镓原料熔接；以4mm/h的速率提拉籽晶杆，开始引晶；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以4mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.5mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；剩余操作同实施例3，即得β-氧化镓晶体。
实施例12
实施例12的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例3；
(2)下降籽晶杆，使籽晶与氧化镓原料熔接；以20mm/h的速率提拉籽晶杆，开始引晶；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以20mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.5mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；剩余操作同实施例3，即得β-氧化镓晶体。
实施例13
实施例13的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例3；
(2)下降籽晶杆，使籽晶与氧化镓原料熔接；以3mm/h的速率提拉籽晶杆，开始引晶；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以3mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.6mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；剩余操作同实施例3，即得β-氧化镓晶体。
实施例14
实施例14的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例3；
(2)下降籽晶杆，使籽晶与氧化镓原料熔接；以18mm/h的速率提拉籽晶杆，开始引晶；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以18mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.6mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；剩余操作同实施例3，即得β-氧化镓晶体。
实施例15
实施例15的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例3；
(2)下降籽晶杆，使籽晶与氧化镓原料熔接；以10mm/h的速率提拉籽晶杆，开始引晶；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以10mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.4mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；剩余操作同实施例3，即得β-氧化镓晶体。
实施例16
实施例16的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例3；
(2)下降籽晶杆，使籽晶与氧化镓原料熔接；以10mm/h的速率提拉籽晶杆，开始引晶；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以10mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.5mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；剩余操作同实施例3，即得β-氧化镓晶体。
实施例17
实施例17的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例3；
(2)下降籽晶杆，使籽晶与氧化镓原料熔接；以10mm/h的速率提拉籽晶杆，开始引晶；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以10mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.6mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；剩余操作同实施例3，即得β-氧化镓晶体。
实施例18
实施例18的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例3；
(2)下降籽晶杆，使籽晶与氧化镓原料熔接；以6mm/h的速率提拉籽晶杆，开始引晶；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以6mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.5mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；剩余操作同实施例3，即得β-氧化镓晶体。
实施例19
实施例19的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例3；
(2)下降籽晶杆，使籽晶与氧化镓原料熔接；以15mm/h的速率提拉籽晶杆，开始引晶；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以15mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.5mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；剩余操作同实施例3，即得β-氧化镓晶体。
实施例20
实施例20的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例17；
(2)同实施例17；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以10mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.5mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；放肩达到20mm，停止坩埚升降，以30℃/h的速率降温，使晶体等径生长；在等径生长的长度达到20mm时，升高50℃，脱模，停止提拉籽晶；脱模后的温度至1000℃之间，以70℃/h的降温速率进行降温，23℃至1000℃之间，以150℃/h的降温速率进行降温，即得β-氧化镓晶体。
实施例21
实施例21的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例17；
(2)同实施例17；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以10mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.5mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；放肩达到20mm，停止坩埚升降，以30℃/h的速率降温，使晶体等径生长；在等径生长的长度达到20mm时，升高50℃，脱模，停止提拉籽晶；脱模后的温度至1000℃之间，以110℃/h的降温速率进行降温，23℃至1000℃之间，以120℃/h的降温速率进行降温，即得β-氧化镓晶体。
实施例22
实施例22的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例17。
(2)同实施例17。
(3)引晶长度达到10mm时，继续以10mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.5mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；放肩达到20mm，停止坩埚升降，以30℃/h的速率降温，使晶体等径生长；在等径生长的长度达到20mm时，升高50℃，脱模，停止提拉籽晶，脱模后的温度至1000℃之间，以80℃/h的降温速率进行降温，23℃至1000℃之间，以130℃/h的降温速率进行降温，即得β-氧化镓晶体。
实施例23
实施例23的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例17。
(2)同实施例17。
(3)引晶长度达到10mm时，继续以10mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.5mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；放肩达到20mm，停止坩埚升降，以30℃/h的速率降温，使晶体等径生长；在等径生长的长度达到20mm时，升高50℃，脱模，停止提拉籽晶，脱模后的温度至1000℃之间，以90℃/h的降温速率进行降温，23℃至1000℃之间，以130℃/h的降温速率进行降温，即得β-氧化镓晶体。
实施例24
实施例24的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例17。
(2)同实施例17。
(3)引晶长度达到10mm时，继续以10mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.5mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；放肩达到20mm，停止坩埚升降，以30℃/h的速率降温，使晶体等径生长；在等径生长的长度达到20mm时，升高50℃，脱模，停止提拉籽晶，脱模后的温度至1000℃之间，以100℃/h的降温速率进行降温，23℃至1000℃之间，以130℃/h的降温速率进行降温，即得β-氧化镓晶体。
实施例25
实施例25的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例17。
(2)同实施例17。
(3)引晶长度达到10mm时，继续以10mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.5mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；放肩达到20mm，停止坩埚升降，以30℃/h的速率降温，使晶体等径生长；在等径生长的长度达到20mm时，升高50℃，脱模，停止提拉籽晶，脱模后的温度至1000℃之间，以90℃/h的降温速率进行降温，23℃至1000℃之间，以135℃/h的降温速率进行降温，即得β-氧化镓晶体。
实施例26
实施例26的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)同实施例17。
(2)同实施例17。
(3)引晶长度达到10mm时，继续以10mm/h的速率提拉籽晶，同时以0.5mm/h上升坩埚，使晶体自发放肩；放肩达到20mm，停止坩埚升降，以30℃/h的速率降温，使晶体等径生长；在等径生长的长度达到20mm时，升高50℃，脱模，停止提拉籽晶，脱模后的温度至1000℃之间，以90℃/h的降温速率进行降温，23℃至1000℃之间，以140℃/h的降温速率进行降温，即得β-氧化镓晶体。
对比例1
对比例1的β-氧化镓晶体，通过如下方法制备得到：
(1)在0.5MPa的纯氦气条件下，将炉膛加热至1840℃，使氧化镓原料熔融；
(2)下降籽晶杆，使籽晶与氧化镓原料熔接；以10mm/h的速率提拉籽晶，开始引晶；
(3)引晶长度达到10mm时，继续以6mm/h的速率提拉籽晶，使晶体自发放肩；放肩达到10mm，以50℃/h的速率降温，使晶体等径生长；在等径生长的长度达到30mm时，升高50℃，脱模，停止提拉籽晶，冷却至23℃，即得β-氧化镓晶体。
性能检测
待测样品处理：分别将实施例1-26和对比例1的β-氧化镓晶体加工成10mm×10mm×1mm规格的单晶片，采用如下的检测方法对单晶片进行如下性能检测，并观察晶体是否存在气泡，检测结果详见表1所示：
晶格常数：采用X射线衍射法分别检测不同单晶片的晶格常数；
摇摆曲度半峰宽：采用X射线衍射仪对不同单晶片分别进行摇摆曲线半峰宽检测；
位错密度：采用GB/T 32282-2015《氮化镓单晶位错密度的测量》对不同单晶片进行位错密度检测。
表1不同待测样品的性能检测结果
由表1的检测结果表明，本申请β-氧化镓晶体的位错密度均优于对比例1，最高为0.89×104条/cm2，具有较高晶体质量。同时，本申请β-氧化镓晶体的摇摆曲线半峰宽可达43弧秒，提高了的β-氧化镓晶体的生长质量。此外，本申请的所生长的晶体一致性较好，在生产的β-氧化镓晶体为未掺杂晶体时，晶体通透无色，表明β-氧化镓晶体的内部氧空位缺陷较少。
实施例1-3中，实施例3的β-氧化镓晶体的摇摆曲线半峰宽为79弧秒，优于实施例1-2的β-氧化镓晶体；实施例3β-氧化镓晶体的位错密度分别为1×104条/cm2，均低于实施例1-2的β-氧化镓晶体；表明β-氧化镓晶体生长方法中惰性气体选用氩气与氦气重量配比为1:19时，所生长的β-氧化镓晶体质量较优。
实施例4-19中，实施例16的β-氧化镓晶体的摇摆曲线半峰宽为50弧秒，优于实施例4-15和实施例17-19的β-氧化镓晶体；实施例16的β-氧化镓晶体的位错密度分别为0.95×104条/cm2，均低于实施例4-15和实施例17-19的β-氧化镓晶体；表明β-氧化镓晶体生长方法中籽晶提拉速率为10mm/h，坩埚上升速率为0.5mm/h时，所生长的β-氧化镓晶体质量较优，同时具有较高的电导率和断裂韧度。此外通过分析实施例1-14与实施例15-19的β-氧化镓晶体的性能检测结果发现，当籽晶的提拉速率为6-15mm/h，坩埚的升举速率为0.4-0.6mm/h生长出来的β-氧化镓晶体质量优于设定范围以外生长β-氧化镓晶体的质量。
实施例20-26中，实施例25的β-氧化镓晶体的摇摆曲线半峰宽为43弧秒，优于实施例20-24和实施例26的β-氧化镓晶体；实施例25的β-氧化镓晶体的位错密度分别为0.89×104条/cm2，均高于实施例20-24和实施例26的β-氧化镓晶体；表明β-氧化镓晶体生长方法中冷却至23℃过程中，脱模后的温度至1000℃以90℃/h的降温速率进行降温，23℃至1000℃以135℃/h的降温速率进行降温时，所生长的β-氧化镓晶体质量较优，同时具有较高的电导率和断裂韧度。
此外，在对比实施例1与对比例1发现，本申请β-氧化镓晶体的生长方法中通过上升坩埚以改变放肩和等径生长时温场的纵向温度梯度，可提高β-氧化镓晶体的生长质量。
应用例1
将本申请实施例1的β-氧化镓晶体加工成透光板，应用于深紫外探测电器件，制作得到日盲探测器，实现对紫外光的探测，该探测器对日盲波段的紫外线具有很强的选择性，可为日盲探测器提供较高质量的探测材料。
应用例2
将本申请实施例1的β-氧化镓晶体与硅熔体材料配合，加工成基板，应用于电力电子器件中，可为电力电子器件提供较高质量的基板。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (6)
1.一种β-氧化镓晶体的生长方法，其特征在于，其包括以下操作步骤：
（1）于0.4-0.6MPa的保护气氛条件下，加热坩埚中模具内的氧化镓原料，使氧化镓原料熔融；所述保护气氛为氧气和惰性气体的混合物，所述氧气与惰性气体的压力配比为1：19；
（2）下降籽晶至模具上方，熔接；提拉籽晶，开始引晶；
（3）引晶后，继续提拉籽晶，同时升举坩埚，坩埚的上升速率小于籽晶的提拉速率，使晶体自发放肩；放肩后，停止升举坩埚，降温，使晶体等径生长；脱模，停止提拉籽晶，冷却至23±2℃，即得β-氧化镓晶体；脱模并停止提拉籽晶后，以1000℃为临界点采用先慢后快的方式进行降温；当温度≥1000℃时，以90℃/h的速率进行降温；当温度＜1000℃时，以135℃/h的速率进行降温。
2.根据权利要求1所述的β-氧化镓晶体的生长方法，其特征在于：步骤（2）中，所述籽晶的提拉速率为6-15 mm/h。
3.根据权利要求1所述的β-氧化镓晶体的生长方法，其特征在于：步骤（3）中，所述坩埚的升举速率为0.4-0.6mm/h。
4.根据权利要求1所述的β-氧化镓晶体的生长方法，其特征在于：步骤（3）中，停止升举坩埚后，以1-50℃/h的速率进行降温，使晶体等径生长。
5.用权利要求1-4任一项所述的β-氧化镓晶体的生长方法得到的β-氧化镓晶体。
6.一种权利要求5所述的β-氧化镓晶体的应用，其特征在于：将所述β-氧化镓晶体加工成透光板，应用于紫外光探测电器件中；或将所述β-氧化镓晶体加工成基板，应用于电力电子器件中。
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