一种掺杂氧化镓粉末的制备方法及其应用与流程

本发明涉及半导体材料制备，具体而言，涉及一种掺杂氧化镓粉末的制备方法及其应用，适用于铸造法、导模法、垂直布里奇曼法和dg法等氧化镓单晶生长工艺对掺杂原料的需求。

背景技术：

1、氧化镓（β-ga2o3）作为第四代超宽禁带半导体材料的代表，禁带宽度约为4.8ev，具有击穿电场高（约8mv/cm）、饱和电子漂移速度快、热化学稳定性好等优异性能，在功率器件、深紫外光电探测器和射频器件等领域具有广阔的应用前景。然而，氧化镓本征导电性差，必须通过掺杂实现导电类型和电阻率的精确调控。

2、目前，氧化镓晶体生长用掺杂原料的制备主要采用溶液掺杂法。现有技术中已有相关方案提出在溶液配制阶段将掺杂剂一次性引入，经烘干、烧结、球磨后得到掺杂氧化镓粉末原料。亦有方案采用分段烧结工艺并优化掺杂成分控制，以改善部分掺杂元素的挥发及粉料团聚问题。

3、然而，上述现有技术存在以下不足：

4、（一）掺杂剂加入时机过早，掺杂方式单一。现有方案在溶液配制阶段即一次性加入掺杂剂，属于“溶液一次性掺杂”的静态工艺。掺杂剂的引入在溶液配制阶段即已完成，后续烧结过程中无法再做任何调整，掺杂浓度一经配比即被锁定。

5、（二）烘干过程中掺杂元素易发生偏析。溶液法虽然利用了分子级别的混合，但在烘干过程中，随着溶剂蒸发，掺杂元素极易发生偏析和团聚，导致最终粉末中掺杂分布不均匀，直接影响后续晶体生长的掺杂均匀性。

6、（三）易挥发掺杂元素损失严重且无法补偿。对于sn等易挥发掺杂元素，其在高温烧结过程中会大量挥发损失。由于是一次性加入，挥发造成的损失无法在后续工艺中补偿，导致实际掺杂浓度与理论值偏差大。

7、（四）掺杂元素适用范围受限。现有方案主要针对li、na、k等碱金属元素，在电学性能调控方面的作用相对有限。

8、（五）直接在生产过程中加入掺杂元素的方式，微量的掺杂剂无法均匀有效掺杂，导致最终晶体内的掺杂不均匀，影响晶体电学性能参数。

9、因此，亟需开发一种全新的氧化镓掺杂原料制备方法，从根本上解决上述问题。

10、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种掺杂氧化镓粉末的制备方法及其应用，通过将掺杂剂的引入从溶液配制阶段推迟到固相烧结阶段，采用气-固原位掺杂和脉冲式多次注入的方式，解决现有技术中掺杂剂加入时机过早、掺杂元素易偏析、挥发损失无法补偿、掺杂元素适用范围受限以及干扰成核过程等问题，实现掺杂元素在氧化镓晶格中的均匀固溶和精确可控。

2、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

3、一种掺杂氧化镓粉末的制备方法，包括以下步骤：

4、（a）将氯化镓固体进行第一烧结处理；

5、（b）将所述第一烧结处理后的产物进行第一脉冲气态掺杂处理、第二脉冲气态掺杂处理、氧化处理、扩散均化处理和冷却。

6、一种单晶氧化镓的制备方法，包括所述的掺杂氧化镓粉末的制备方法。

7、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

8、本发明提供的掺杂氧化镓粉末的制备方法，将掺杂元素的引入推迟至氯化镓固相烧结阶段，在氧化镓晶核形成之后通过脉冲气态掺杂方式引入掺杂元素，避免了掺杂剂对成核过程的干扰，可获得结晶度更高的掺杂氧化镓粉末；气态掺杂源在气相中具有极高的扩散系数，能够均匀到达每个氧化镓颗粒表面并通过气相扩散进入颗粒内部，在氧化镓晶格形成的同时原位掺入，实现了原子级均匀掺杂，避免了溶液法烘干过程中掺杂元素偏析团聚的问题；通过多次脉冲掺杂方式，可有效补偿易挥发掺杂元素在高温烧结过程中的挥发损失，使最终掺杂浓度更接近目标值；氧化处理确保掺杂元素完全氧化为高价态氧化物，扩散均化处理使掺杂元素在固相中充分扩散均匀，兼顾了掺杂元素化学价态控制和掺杂浓度精确性，最终获得掺杂均匀、结晶度高的掺杂氧化镓粉末。

1.一种掺杂氧化镓粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的掺杂氧化镓粉末的制备方法，其特征在于，包括以下技术特征中的至少一个：

3.根据权利要求2所述的掺杂氧化镓粉末的制备方法，其特征在于，进行所述第一脉冲气态掺杂处理时，所述载气的流量为0.1~0.5l/min。

4.根据权利要求1所述的掺杂氧化镓粉末的制备方法，其特征在于，包括以下技术特征中的至少一个：

5.根据权利要求4所述的掺杂氧化镓粉末的制备方法，其特征在于，进行所述第二脉冲气态掺杂处理时，所述载气的流量为0.1~0.5l/min。

6.根据权利要求1所述的掺杂氧化镓粉末的制备方法，其特征在于，所述第一脉冲气态掺杂处理通入的气态掺杂源占气态掺杂源总量的60%~80%。

7.根据权利要求1所述的掺杂氧化镓粉末的制备方法，其特征在于，所述第二脉冲气态掺杂处理的气态掺杂源占气态掺杂源总量的20%~40%。

8.根据权利要求1所述的掺杂氧化镓粉末的制备方法，其特征在于，包括以下技术特征中的至少一个：

9.根据权利要求1所述的掺杂氧化镓粉末的制备方法，其特征在于，所述第一烧结处理的温度为300~400℃，时间为1~3h。

10.一种单晶氧化镓的制备方法，其特征在于，包括权利要求1~9任一项所述的掺杂氧化镓粉末的制备方法。