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CN113957519B - 一种导模法生长氧化镓晶体的方法 - Google Patents

一种导模法生长氧化镓晶体的方法 Download PDF

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CN113957519B CN202111051902.4A CN202111051902A CN113957519B CN 113957519 B CN113957519 B CN 113957519B CN 202111051902 A CN202111051902 A CN 202111051902A CN 113957519 B CN113957519 B CN 113957519B
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陈端阳
赛青林
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    • C30B15/34—Edge-defined film-fed crystal-growth using dies or slits
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明公开了一种导模法生长氧化镓晶体的方法，其包括步骤：当生长的氧化镓晶体进入放肩阶段之后，在向上提拉籽晶杆的同时还控制所述籽晶杆在水平单一方向移动，使得沿着籽晶向下延伸的孪晶随着籽晶杆水平单一方向的移动而移出所述模具的宽度范围。本发明通过在晶体放肩结束后的等宽生长开始阶段对籽晶杆施加一段时间的水平方向的移动，在较短的时间内使得沿着籽晶向下延伸的孪晶随着籽晶杆水平方向的移动而逐渐处于模具之外，则接下来生长出来的晶体就不再含有孪晶，有效的提高了生长出来的晶体的切割效率和能够切出的晶圆的尺寸。

Description

一种导模法生长氧化镓晶体的方法
技术领域
本发明涉及氧化镓晶体制备技术领域，尤其涉及一种导模法生长氧化镓晶体的方法。
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。导模法生长氧化镓晶体在放肩的过程中极易出现孪晶，孪晶沿着籽晶的边沿向下延伸，严重影响生长出来的晶体的切割效率和能够切出的晶圆的尺寸。授权公告号为CN105189836B的专利提高了一种从模具侧边点晶的生长方法，使得放肩过程中产生的沿着籽晶向下延伸的孪晶局限在晶体的一侧，从而提高了晶体的切割效率。然而这种方法由于生长出来的晶体侧边是孪晶区域，还是不能够充分利用整个晶体的宽度范围，制约了生长出来的晶体的切割效率和能够切出的晶圆的尺寸。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
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导模法生长氧化镓晶体的方法，旨在解决现有导模法制备的氧化镓晶体存在孪晶的问题。
本发明的技术方案如下：
一种导模法生长氧化镓晶体的方法，其中，包括步骤：
当生长的氧化镓晶体进入放肩阶段之后，在向上提拉籽晶杆的同时还控制所述籽晶杆在水平单一方向移动，使得沿着籽晶向下延伸的孪晶随着籽晶杆水平单一方向的移动而移出所述模具的宽度范围。
所述导模法生长氧化镓晶体的方法，其中，在所述孪晶移出所述模具的宽度范围之后还包括步骤：
继续向上提拉籽晶杆并停止所述籽晶杆在水平单一方向的移动，生长出不含孪晶的矩形氧化镓晶体。
所述导模法生长氧化镓晶体的方法，其中，在所述孪晶移出所述模具的宽度范围之后还包括步骤：
继续向上提拉籽晶杆并保持所述籽晶杆在水平单一方向的移动，生长出不含孪晶的平行四边形氧化镓晶体。
所述导模法生长氧化镓晶体的方法，其中，在所述孪晶移出所述模具的宽度范围之后还包括步骤：
继续向上提拉籽晶杆并控制所述籽晶杆在水平方向正反交替的移动，生长出不含孪晶的“之”字形氧化镓晶体。
所述导模法生长氧化镓晶体的方法，其中，控制所述籽晶杆在水平方向正反交替的移动步骤中，所述籽晶杆在水平方向正向移动等于向上提拉生长出一个目标晶圆的直径所需要时间的整数倍；所述籽晶杆在水平方向反向移动的时间等于向上提拉生长出一个目标晶圆的直径所需要时间的整数倍。
所述导模法生长氧化镓晶体的方法，其中，在生长的氧化镓晶体进入放肩阶段之前还包括步骤：
选择模具口的非中心点位置作为点晶位置并进行点晶处理，所述模具口的两端分别为A点和B点，所述点晶位置与所述A点的距离小于等于所述点晶位置与所述B点的距离。
所述导模法生长氧化镓晶体的方法，其中，在向上提拉籽晶杆的同时还控制所述籽晶杆在水平单一方向移动的步骤中，所述籽晶杆在水平单一方向移动是指所述籽晶杆沿着所述点晶位置向A点方向移动。
所述导模法生长氧化镓晶体的方法，其中，在进行点晶处理时，所述籽晶杆上的籽晶厚度大于等于模具厚度。
有益效果：本发明提供了一种导模法生长氧化镓晶体的方法，其包括步骤：当生长的氧化镓晶体进入放肩阶段之后，在向上提拉籽晶杆的同时还控制所述籽晶杆在水平单一方向移动，使得沿着籽晶向下延伸的孪晶随着籽晶杆水平单一方向的移动而移出所述模具的宽度范围。本发明通过在晶体放肩结束后的等宽生长开始阶段对籽晶杆施加一段时间的水平方向的移动，在较短的时间内使得沿着籽晶向下延伸的孪晶随着籽晶杆水平方向的移动而逐渐处于模具之外，则接下来生长出来的晶体就不再含有孪晶，有效的提高了生长出来的晶体的切割效率和能够切出的晶圆的尺寸。
附图说明
图1为导模法生长氧化镓晶体过程中，放肩结束状态时的晶体结构示意图。
图2为导模法生长氧化镓晶体过程中，生长出不含孪晶的矩形氧化镓晶体的结构示意图。
图3为导模法生长氧化镓晶体过程中，生长出不含孪晶的平行四边形氧化镓晶体的结构示意图。
图4为导模法生长氧化镓晶体过程中，生长出不含孪晶的之字形氧化镓晶体的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种导模法生长氧化镓晶体的方法，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。
导模法生长氧化镓晶体在放肩的过程中极易出现孪晶，孪晶沿着籽晶的边沿向下延伸，严重影响生长出来的晶体的切割效率和能够切出的晶圆的尺寸。
基于此，本发明提供了一种导模法生长氧化镓晶体的方法，其包括步骤：当生长的氧化镓晶体进入放肩阶段之后，在向上提拉籽晶杆的同时还控制所述籽晶杆在水平单一方向移动，使得沿着籽晶向下延伸的孪晶随着籽晶杆水平单一方向的移动而移出所述模具的宽度范围。
具体来讲，本发明通过在晶体放肩结束后的等宽生长开始阶段对籽晶杆施加一段时间的水平单一方向(水平向左方向或水平向右方向)的移动，在较短的时间内使得沿着籽晶向下延伸的孪晶随着籽晶杆水平方向的移动而逐渐处于模具宽度之外，则接下来生长出来的晶体就不再含有孪晶，从而可以有效的提高生长出来的氧化镓晶体的切割效率和能够切出的晶圆的尺寸。
在一些实施方式中，晶体生长的点晶、缩颈和放肩阶段籽晶杆不加水平方向的移动，此时孪晶沿着籽晶的边沿向下延伸，如图1所示；待放肩结束，即生长的晶体的宽度等于模具的宽度之后，在向上提拉籽晶杆的同时还控制所述籽晶杆在水平单一方向移动，使得沿着籽晶向下延伸的孪晶随着籽晶杆水平单一方向的移动而逐渐移出所述模具的宽度范围，继续向上提拉籽晶杆并停止所述籽晶杆在水平单一方向的移动，则接下来生长出来的晶体不再含有孪晶，且生长出来的晶体为如图2所示的矩形；也就是说，待孪晶移出所述模具的宽度范围后，后续生长出来的是如图2所示不含孪晶的矩形氧化镓晶体，从而可以有效的提高生长出来的晶体的切割效率和能够切出的晶圆的尺寸。
在一些实施方式中，在所述孪晶移出所述模具的宽度范围之后还包括步骤：继续向上提拉籽晶杆并保持所述籽晶杆在水平单一方向的移动，则生长出不含孪晶的平行四边形氧化镓晶体。
具体来讲，所述孪晶移出所述模具宽度范围前、后，所述籽晶杆在水平方向的移动方向可以相同或相反，作为举例，若所述籽晶杆在孪晶移出模具宽度范围前后的水平移动方向相同，则生出如图3所示的不含孪晶的平行四边形氧化镓晶体，此时生长出来的不含孪晶的氧化镓晶体截面与含有孪晶的氧化镓晶体截面位于同一条直线；若所述籽晶杆在孪晶移出模具宽度范围前后的水平移动方向相反，则同样可生出不含孪晶的平行四边形氧化镓晶体，此时生长出来的不含孪晶的氧化镓晶体截面与含有孪晶的氧化镓晶体截面不位于同一条直线。
在一些实施方式中，在所述孪晶移出所述模具的宽度范围之后还包括步骤：继续向上提拉籽晶杆并控制所述籽晶杆在水平方向正反交替的移动，生长出的不含孪晶的“之”字形氧化镓晶体。
具体来讲，当生长的氧化镓晶体进入放肩阶段之后，在向上提拉籽晶杆的同时还控制所述籽晶杆在水平向右方向移动，使得沿着籽晶向下延伸的孪晶随着籽晶杆水平向右方向的移动而移出所述模具的宽度范围，接着继续向上提拉籽晶杆并控制所述籽晶杆在水平方向向右和向左交替的移动，则可生长出如图4所示的不含孪晶的“之”字形氧化镓晶体。
作为举例，要生长出如图4所示的不含孪晶的之字形氧化镓晶体，则在所述孪晶随着籽晶杆水平向右方向的移动移出所述模具的宽度范围之后，继续向上提拉籽晶杆并控制所述籽晶杆在水平方向向右移动第一预定时间，接着继续向上提拉籽晶杆并控制所述籽晶杆在水平方向向左移动第二预定时间；接着继续向上提拉籽晶杆并控制所述籽晶杆在水平方向向右移动第三预定时间；最后继续向上提拉籽晶杆并控制所述籽晶杆在水平方向向左移动第四预定时间，从而制得所述不含孪晶的之字形氧化镓晶体。
在本实施例中，所述第一预定时间、第二预定时间、第三预定时间以及第四预定时间均等于向上提来生长出一个目标晶圆的直径所需要时间的整数倍，这样可以保证每一个单向移动阶段生长出来的晶体都可以具备切出大尺寸晶圆。在本实施例中，所述第一预定时间、第二预定时间、第三预定时间和第四预定时间可以相同也可以不同。
在一些实施方式中，在生长的氧化镓晶体进入放肩阶段之前还包括步骤：选择模具口的非中心点位置作为点晶位置并进行点晶处理，所述模具口的两端分别为A点和B点，所述点晶位置与所述A点的距离小于等于所述点晶位置与所述B点的距离。
在本实施例中，点晶处理时选择在模具口的侧边而非中心点，后续等宽生长时籽晶杆第一次的水平移动方向选择向点晶一侧移动，也就是沿着所述点晶位置向A点方向移动，这样能够尽可能的减少沿着籽晶向下延伸的孪晶在等宽生长出来的晶体上占据的范围，更有利于提高生长出来的晶体的切割效率。
在一些实施方式中，在进行点晶处理时，所述籽晶杆上的籽晶厚度大于等于模具厚度，从而避免籽晶在厚度方向上放肩。
综上所述，本发明通过在晶体放肩结束后的等宽生长开始阶段对籽晶杆施加一段时间的水平方向的移动，在较短的时间内使得沿着籽晶向下延伸的孪晶随着籽晶杆水平方向的移动而逐渐处于模具之外，则接下来生长出来的晶体就不再含有孪晶，有效的提高了生长出来的晶体的切割效率和能够切出的晶圆的尺寸。
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 (8)

1.一种导模法生长氧化镓晶体的方法，其特征在于，包括步骤：
当生长的氧化镓晶体进入放肩结束后的阶段，在向上提拉籽晶杆的同时还控制所述籽晶杆在水平单一方向移动，使得沿着籽晶向下延伸的孪晶随着籽晶杆水平单一方向的移动而移出模具的宽度范围。
2.根据权利要求1所述导模法生长氧化镓晶体的方法，其特征在于，在所述孪晶移出所述模具的宽度范围之后还包括步骤：
继续向上提拉籽晶杆并停止所述籽晶杆在水平单一方向的移动，生长出不含孪晶的矩形氧化镓晶体。
3.根据权利要求1所述导模法生长氧化镓晶体的方法，其特征在于，在所述孪晶移出所述模具的宽度范围之后还包括步骤：
继续向上提拉籽晶杆并保持所述籽晶杆在水平单一方向的移动，生长出不含孪晶的平行四边形氧化镓晶体。
4.根据权利要求1所述导模法生长氧化镓晶体的方法，其特征在于，在所述孪晶移出所述模具的宽度范围之后还包括步骤：
继续向上提拉籽晶杆并控制所述籽晶杆在水平方向正反交替的移动，生长出不含孪晶的“之”字形氧化镓晶体。
5.根据权利要求4所述导模法生长氧化镓晶体的方法，其特征在于，控制所述籽晶杆在水平方向正反交替的移动步骤中，所述籽晶杆在水平方向正向移动等于向上提拉生长出一个目标晶圆的直径所需要时间的整数倍；所述籽晶杆在水平方向反向移动的时间等于向上提拉生长出一个目标晶圆的直径所需要时间的整数倍。
6.根据权利要求1-5任一所述导模法生长氧化镓晶体的方法，其特征在于，在生长的氧化镓晶体进入放肩阶段之前还包括步骤：
选择模具口的非中心点位置作为点晶位置并进行点晶处理，所述模具口的两端分别为A点和B点，所述点晶位置与所述A点的距离小于等于所述点晶位置与所述B点的距离。
7.根据权利要求6所述导模法生长氧化镓晶体的方法，其特征在于，在向上提拉籽晶杆的同时还控制所述籽晶杆在水平单一方向移动的步骤中，所述籽晶杆在水平单一方向移动是指所述籽晶杆沿着所述点晶位置向A点方向移动。
8.根据权利要求6所述导模法生长氧化镓晶体的方法，其特征在于，在进行点晶处理时，所述籽晶杆上的籽晶厚度大于等于模具厚度。
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