[实用新型]一种导模法生长氧化镓单晶的复合热场结构

说明书

本实用新型提供了一种导模法生长氧化镓单晶的复合热场结构，包括高温熔融区和中温退火区，中温退火区置于高温熔融区之上。中温退火区采用氧化锆保温材料制成，外部缠绕热铬铝高温电阻加热丝，对外发热。中温退火区与高温融入区通过上保温盖将隔开。下保温层的中心开有通孔，用于插入上下高度可调节的坩埚支撑杆。该复合热场结构还设置有观察窗，并配置视频成像系统。本实用新型在β‑Ga₂O₃氧化稼单晶生长的高温熔融区轴向方向上增加中温退火区，在充分利用晶体生长期间形成的热场能量的同时，使中温退火区域中形成一个温度梯度相对小的退火空间，对刚刚生长出来的β‑Ga₂O₃氧化稼单晶进行原位退火，起到降低晶体内部热应力的效果。

技术领域

本发明属于氧化稼单晶生长技术领域，特别涉及氧化稼晶体生长和退火减小晶体残余应，以及适合用于氧化稼晶体的生长装置。

背景技术

β-Ga₂O₃材料是一种禁带宽度为4.9eV的宽禁带半导体材料。相对于近年来广泛研究的GaN，SiC，ZnO等宽禁带半导体材料，β-Ga₂O₃具有超宽带隙、高击穿场强、低能耗、高稳定等优势，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。同时，基于β-Ga₂O₃的导电电极具有高的紫外光透光率，大大增加器件对紫外光的利用，非常适合用于制作日盲光电探测器。由于臭氧层的吸收，日盲波段(200-280nm)的深紫外光在大气层中几乎是不存在的，工作于该波段的日盲光电探测器具有虚警率低的特点，在航空和军事等方面具有重要的应用。但是氧化镓由于熔点较高(1740-1820℃)、易分解、导热差。在晶体生长完毕逐步降温的过程中，由于单晶底部还在铱坩埚或者铱坩埚口部，被发热体包围，其温度很高；而单晶头部已经出了铱反射盖或者铱反射盖口上，其本身不产生热量，温度低于单晶，因此导致β-Ga₂O₃单晶生长过程中残余应力很大，并且晶体尺寸越大其应力也越大。这样的晶体应力会导致各种缺陷的产生，降低晶体质量，增加切割难度。减少晶体热应力的方法是将晶体进行高温退火，使其具有良好的加工性能，这对大直径晶体尤为重要。

通常采用的退火方法是在β-Ga₂O₃单晶生长结束之后，从单晶炉内取出晶体，再放入铱坩埚并置于退火炉中进行炉外退火。由于β-Ga₂O₃氧化稼晶体的熔点非常高，但是普通退火炉的温度很难较高，所以晶体的内应力无法得到完全释放。另外，上述退火过程不仅工艺复杂，且需要购置并占用多个价格昂贵的铱坩埚，同时晶体生长温场中大量的热能量随着晶体生长结束的降温过程全部流失掉了。随着β-Ga₂O₃单晶产量的日趋扩大及生长大尺寸晶体的需要，传统的生长和退火工艺不仅能源消耗量大，同时工艺复杂成本高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种导模法生长氧化稼单晶的复合热场结构。本实用新型在β-Ga₂O₃氧化稼单晶生长的高温熔融区轴向方向上增加中温退火区，在充分利用晶体生长期间形成的热场能量的同时，使中温退火区域中形成一个温度梯度相对小的退火空间，对刚刚生长出来的β-Ga₂O₃氧化稼单晶进行原位退火，从而起到降低晶体内部热应力的效果。

一种导模法生长氧化稼单晶的复合热场结构，包括高温熔融区和中温退火区，中温退火区置于高温熔融区之上。所述的中温退火区采用氧化锆保温材料制成，外部缠绕高温电阻加热丝，且中温退火区的中心沿轴向方向开有长方形通孔。