[发明专利]单晶氧化镓的制备方法及用于制备单晶氧化镓的工艺设备

说明书

本发明提供一种单晶氧化镓的制备方法及用于制备单晶氧化镓的工艺设备。所述单晶氧化镓的制备方法包括：提供氧化镓粉体；将所述氧化镓粉体压成块体氧化镓；提供坩埚，所述坩埚内具有底部容置区和顶部开口区，所述底部容置区和所述顶部开口区间隔；将所述块体氧化镓放入所述底部容置区，在所述顶部开口区放置籽晶；将所述坩埚置于流动的保护气氛中，对所述坩埚进行加热，对所述顶部开口区施加的温度低于所述籽晶的分解温度，对所述底部容置区施加的温度高于所述块体氧化镓的分解温度。本发明加快了氧化镓分解为气体源的速度，进而提高了单晶氧化镓的持续生长速度，节约了能源，降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及半导体材料制备技术领域，具体涉及一种单晶氧化镓的制备方法及用于制备单晶氧化镓的工艺设备。

背景技术

β-Ga₂O₃禁带宽度为4.8eV，击穿电场强度约为8MV/cm，在电力电子器件和光电子器件领域极具性能优势。目前国际上制备单晶β-Ga₂O₃通常是采用熔体法，如导模法、直拉法等工艺，能够制备出大尺寸高质量的单晶β-Ga₂O₃。然而，由于β-Ga₂O₃熔点在1700℃以上，对于加热设备及反应容器均有较高要求，因此加热设备和反应容器价格昂贵。现有熔体法在制备过程中需要用到贵金属铱制作的坩埚，导致搭建氧化镓晶体生长的热场需要巨大投入，从而导致单晶氧化镓衬底的价格居高不下，高昂的价格限制了单晶氧化镓材料的进一步应用。现有气相法制备β-Ga₂O₃单晶，单晶的生长速度缓慢、产量低，同样导致生产成本较高。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有制备单晶氧化镓成本较高的缺陷，从而提供一种单晶氧化镓的制备方法及用于制备单晶氧化镓的工艺设备。

本发明提供一种单晶氧化镓的制备方法，包括：提供氧化镓粉体；将所述氧化镓粉体压成块体氧化镓；提供坩埚，所述坩埚内具有底部容置区和顶部开口区，所述底部容置区和所述顶部开口区间隔；将所述块体氧化镓放入所述底部容置区，在所述顶部开口区放置籽晶；将所述坩埚置于流动的保护气氛中，对所述坩埚进行加热，对所述顶部开口区施加的温度低于所述籽晶的分解温度，对所述底部容置区施加的温度高于所述块体氧化镓的分解温度。

可选的，还包括：提供腔管，所述腔管的外壁设置有加热件；将所述块体氧化镓放入所述底部容置区，在所述顶部开口区放置籽晶之后，将所述坩埚放置在所述腔管中；在所述腔管中通入保护气体，使得所述坩埚处于流动的保护气氛中；采用所述加热件对所述坩埚进行加热，在所述坩埚内形成温度梯度。

可选的，所述保护气体的流动方向为从所述底部容置区到所述顶部开口区的方向。

可选的，所述坩埚包括氧化铝坩埚或者氧化锆坩埚。

可选的，所述加热件包括感应加热件或者电阻加热件。

可选的，所述保护气体包括惰性气体或者氮气。

可选的，所述腔管中的气压为0.05标准大气压-0.2标准大气压。

可选的，所述顶部开口区的温度为1100℃-1400℃，所述底部容置区的温度为1200℃-1600℃。

可选的，所述顶部开口区至所述底部容置区的温度梯度为1℃/mm-4℃/mm。

可选的，对所述坩埚进行加热的时间为24h-100h。

可选的，对所述坩埚进行加热的步骤中，升温的速率小于或等于5℃/min。

可选的，还包括：在所述籽晶背离所述底部容置区的一侧表面设置导热件。