二价金属离子掺杂的
β-三氧化二镓晶体生长的助熔剂及基于该类助熔剂的晶体生长方法
技术领域
1.本发明涉及一种单晶生长的助熔剂体系及其晶体生长方法，尤其是涉及一种ni
2
、cu
2
、zn
2
等二价金属离子掺杂的β-ga2o3晶体的助熔剂及基于该助熔剂的晶体生长方法。
背景技术：
2.β-ga2o3晶体是第四代宽禁带半导体材料，人们通过si
4
、sn
4
、ge
4
、h
等掺杂，实现并获得了n-型掺杂β-ga2o3半导体晶体，并将其应用于深紫外区的光通信、光电探测与功率器件。na、mg、ca、cu、ag、zn、cd等能成为有效的p-型掺杂离子，进入β-ga2o3晶体的晶格中，从而获得p-型β-ga2o3半导体晶体(rsc adv.,2016,6,78322)。目前，在β-ga2o3纳米线中通过掺zn实现了较弱的p-型导电特性(j.electrochem.soc,2011,(3)d136,appl.phys.lett.,2005,87(22),222102)。ni
2
、cu
2
、zn
2
等二价金属离子掺杂能有效解决浅能级受主离子少，受主离子易纯化、激活率低的问题，同时，还能抑制晶体中缺陷类型占主导的n型缺陷，在β-ga2o3晶体上实现p-型。同质n-型和p-型半导体是制备高质量半导体器件的前提和基础，p-型掺杂β-ga2o3半导体晶体的实现，可以大大拓宽β-ga2o3晶体应用范围。与其他宽禁带半导体单晶相似，获得p型掺杂β-ga2o3晶体较为困难。因此，生长p-型掺杂的β-ga2o3半导体晶体材料是半导体材料研究领域中最热门的方向之一，受到了国内外广泛的关注。
3.现有生长方法多聚焦纯β-ga2o3晶体或n型掺杂β-ga2o3晶体，传统的生长方法、助融剂体系无法生长出性能优异的p型氧化镓单晶，存在诸如浅能级离子掺杂的均匀性、晶体中固有的n型背景载流子抑制、p型掺杂的固液界面稳定性等难题。此外，氧化镓原料在高温下容易挥发，挥发出来的气态ga2o3会在保温材料及晶体表面重新凝结，影响晶体的质量。当温度超过1680℃时，氧化镓熔体会发生剧烈的分解反应：
4.ga2o3(s)
→
2gao(g) 1/2o2(g)
ꢀꢀ
(1)
5.gao(g)
→
ga2o(g) 1/2o2(g)
ꢀꢀ
(2)
6.ga2o(gg)
→
2ga(g) 1/2o2(g)
ꢀꢀ
(3)；
7.使得氧化镓熔体发生组分偏析，难以获得高质量的β-ga2o3晶体。而采用助溶剂法则易将杂质引入晶体，很多助熔剂具有一定的毒性，会产生腐蚀与污染，另外，助熔剂法生长的β-ga2o3晶体尺寸较小，成分不均一。因此，进一步改善助熔剂体系中的单晶生长工艺条件成为当务之急，选择合适的助熔剂是突破p-型掺杂的β-ga2o3半导体晶体生长技术瓶颈的关键所在。
技术实现要素：
8.本发明所要解决的技术问题是：如何采用助溶剂法生长出晶体尺寸可控、成分均一的二价金属离子掺杂的β-ga2o3晶体。
9.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种二价金属离子掺杂的β-ga2o3晶体生长的助熔剂，其特征在于，为铋氧化物-碱金属氟化物体系的助溶剂，体系中所述的铋氧化物
与碱金属氟化物的摩尔比为0.8～0.75：0～0.1。
10.优选地，所述的铋氧化物为氧化铋和五氧化二铋中的一种或者两种以任意比例组成的混合物，所述的碱金属氟化物为氟化锂和氟化钠中的一种或者两种以任意比例组成的混合物。
11.优选地，采用上述的二价金属离子掺杂的β-ga2o3晶体生长的助熔剂进行生长，具体包括如下步骤：
12.步骤1：按照摩尔比0.2～0.25∶0.8～0.75∶0～0.1∶0.0001～0.05的配比称量β-ga2o3晶体、铋氧化物、碱金属氟化物和二价金属氧化物，充分搅拌混合均匀并在1100-1250℃恒温8-12小时，之后冷却至室温作为晶体生长的原料，所述的二价金属氧化物为nio、cuo和zno中的至少一种；
13.步骤2：将步骤1所得的晶体生长原料移入晶体生长炉中，升温至所述的晶体生长原料完全熔化成溶液，然后恒温10～40小时，得到高温熔体，接着在饱和点温度上方0.5～5℃，将籽晶引入上述高温熔体，恒温10～60分钟后，将温度降至饱和点温度；
14.步骤3：以饱和点温度作为起始温度，以0.02～0.5℃/天的速率降温，同时旋转晶体，待晶体生长到所需的尺寸后，使晶体脱离液面，以5～50℃/h的速率降至室温，获得二价金属离子掺杂的β-ga2o3晶体。
15.优选地，所述步骤2中混合物料完全熔化成溶液的温度为900～1280℃。
16.优选地，所述步骤2和步骤3中的饱和点温度为950～1210℃。
17.优选地，所述步骤3中晶体旋转的速率为5～40rpm。
18.本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
19.1.本发明采用铋氧化物-碱金属氟化物体系为助溶体系，该体系能够在900～1280℃下完全熔融原料中的ga2o3和金属氧化物，因此最终能够获得掺杂均一的二价金属离子掺杂的β-ga2o3晶体；
20.2.本发明的助溶体系可以有效的降低晶体的生长温度，其生长温度范围大致在950-1210℃之间，高温熔体粘度小、澄清透明，便于抑制组分偏离、易于掺杂离子输运、方便实时的观察和控制晶体生长的情况，在本发明的工艺条件下，能够生长出晶体尺寸可控、成分均一的高质量的二价金属离子掺杂的β-ga2o3晶体，突破了p-型掺杂的β-ga2o3半导体晶体生长技术瓶颈。
具体实施方式
21.为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。
22.下述实施例所用的原料ga2o3、bi2o3、lif、naf、nio、cuo和zno的纯度均为99.9％，购买于中国医药集团上海化学试剂公司。
23.实施例1：采用bi2o3–
lif助熔剂体系制备cu掺杂的β-ga2o3晶体
24.以β-ga2o3粉末和bi2o3、lif和cuo为原料，按摩尔比β-ga2o3：bi2o3：lif：cuo＝0.2：0.78：0.05：0.0002配料，称取37.49克β-ga2o3粉末、363.45克bi2o3、1.30克lif、0.016克cuo。
25.将称取的原料研磨混合均匀后，分批加入φ100
×
70mm3的铂金坩埚中，先在马弗炉里升温至1200℃，恒温36小时化料，得到晶体生长原料。
26.将晶体生长原料装入电阻丝加热的熔盐单晶生长炉中，单晶生长炉的炉管为竖直的中空圆管；用保温材料做的盖子把位于炉顶部的开口封上，在炉顶部与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出入的小孔，升温至1200℃，使上述熔体完全熔化得到澄清的高温溶液，使用铂金片制作的搅拌器在该温度下以35rpm的转速持续搅拌36h，待高温溶液充分匀化后，提出搅拌器。
27.用尝试籽晶法确定晶体生长的饱和点温度为1185℃，然后将上述高温溶液降温至1185.5℃(饱和点温度以上0.5℃)，将β-ga2o3籽晶从炉顶部小孔缓慢下入直至籽晶接触溶液表面，籽晶以30rpm的速率双向旋转，恒温60分钟后降温至1185℃，高温溶液竖直温度梯度为0.05℃/cm，然后以0.05～0.2℃/天的速率降温，进行晶体生长。
28.生长过程中，转速随晶体的长大而逐渐减小，通过调节电机控制转速减小至25rpm。30天后晶体生长结束，将晶体拉离液面，以5℃/h的速率降至室温，获得的cu掺杂的β-ga2o3晶体，晶体外形规则无包裹体。
29.实施例2：采用bi2o3–
naf助熔剂体系制备cu掺杂的β-ga2o3晶体
30.以β-ga2o3粉末和bi2o3、lif和cuo为原料，按摩尔比β-ga2o3：bi2o3：naf：cuo＝0.25：0.73：0.08：0.0002配料，称取46.86克β-ga2o3粉末、340.15克bi2o3、3.36克naf、0.016克cuo。
31.将称取的原料研磨混合均匀后，分批加入φ100
×
70mm3的铂金坩埚中，先在马弗炉里升温至1250℃，恒温40小时化料，得到晶体生长原料。将晶体生长原料装入电阻丝加热的熔盐单晶生长炉中，单晶生长炉的炉管为竖直的中空圆管；用保温材料做的盖子把位于炉顶部的开口封上，在炉顶部与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出入的小孔，升温至1250℃，使上述熔体完全熔化得到澄清的高温溶液，使用铂金片制作的搅拌器在该温度下以35rpm的转速持续搅拌36h，待高温溶液充分匀化后，提出搅拌器。
32.用尝试籽晶法确定晶体生长的饱和点温度为1205℃，然后将上述高温溶液降温至1205.5℃(饱和点温度以上0.5℃)，将β-ga2o3籽晶从炉顶部小孔缓慢下入直至籽晶接触溶液表面，籽晶以30rpm的速率双向旋转，恒温60分钟后降温至1205℃，高温溶液竖直温度梯度为0.05℃/cm，然后以0.05～0.2℃/天的速率降温，进行晶体生长。
33.生长过程中，转速随晶体的长大而逐渐减小，通过调节电机控制转速减小至25rpm。30天后晶体生长结束，将晶体拉离液面，以5℃/h的速率降至室温，获得的cu掺杂的β-ga2o3晶体，晶体外形规则无包裹体。
34.实施例3：采用bi2o3–
lif助熔剂体系制备zn掺杂的β-ga2o3晶体
35.以β-ga2o3粉末和bi2o3、lif和cuo为原料，按摩尔比β-ga2o3：bi2o3：lif：：zno＝0.23：0.77：0.04：0.0004配料，称取43.11克β-ga2o3粉末、358.79克bi2o3、1.04克lif、0.033克zno。
36.将称取的原料研磨混合均匀后，分批加入φ100
×
70mm3的铂金坩埚中，先在马弗炉里升温至1210℃，恒温36小时化料，得到晶体生长原料。
37.将晶体生长原料装入电阻丝加热的熔盐单晶生长炉中，单晶生长炉的炉管为竖直的中空圆管；用保温材料做的盖子把位于炉顶部的开口封上，在炉顶部与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出入的小孔，升温至1200℃，使上述熔体完全熔化得到澄清的高温溶液，使用铂金片制作的搅拌器在该温度下以35rpm的转速持续搅拌38h，待高温溶液充分匀
化后，提出搅拌器。
38.用尝试籽晶法确定晶体生长的饱和点温度为1192℃，然后将上述高温溶液降温至1192.5℃(饱和点温度以上0.5℃)，将β-ga2o3籽晶从炉顶部小孔缓慢下入直至籽晶接触溶液表面，籽晶以30rpm的速率双向旋转，恒温60分钟后降温至1192℃，高温溶液竖直温度梯度为0.15℃/cm，然后以0.05～0.4℃/天的速率降温，进行晶体生长。生长过程中，转速随晶体的长大而逐渐减小，通过调节电机控制转速减小至18rpm。30天后晶体生长结束，将晶体拉离液面，以5℃/h的速率降至室温，获得的zn掺杂的β-ga2o3晶体，晶体外形规则无包裹体。
39.实施例4：采用bi2o3–
lif助熔剂体系制备ni掺杂的β-ga2o3晶体
40.以β-ga2o3粉末和bi2o3、lif和zno为原料，按摩尔比β-ga2o3：bi2o3：lif：nio＝0.18：0.80：0.05：0.001配料，称取33.74克β-ga2o3粉末、372.77克bi2o3、1.30克lif、0.075克nio。
41.将称取的原料研磨混合均匀后，分批加入φ100
×
70mm3的铂金坩埚中，先在马弗炉里升温至1175℃，恒温30小时化料，得到晶体生长原料。
42.将晶体生长原料装入电阻丝加热的熔盐单晶生长炉中，单晶生长炉的炉管为竖直的中空圆管；用保温材料做的盖子把位于炉顶部的开口封上，在炉顶部与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出入的小孔，升温至1175℃，使上述熔体完全熔化得到澄清的高温溶液，使用铂金片制作的搅拌器在该温度下以40rpm的转速持续搅拌40h，待高温溶液充分匀化后，提出搅拌器。
43.用尝试籽晶法确定晶体生长的饱和点温度为1162℃，然后将上述高温溶液降温至1162.5℃(饱和点温度以上0.5℃)，将β-ga2o3籽晶从炉顶部小孔缓慢下入直至籽晶接触溶液表面，籽晶以30rpm的速率双向旋转，恒温60分钟后降温至1162℃，高温溶液竖直温度梯度为0.025℃/cm，然后以0.05～0.35℃/天的速率降温，进行晶体生长。
44.生长过程中，转速随晶体的长大而逐渐减小，通过调节电机控制转速减小至20rpm。30天后晶体生长结束，将晶体拉离液面，以5℃/h的速率降至室温，获得的ni掺杂的β-ga2o3晶体，晶体外形规则无包裹体。
45.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
β-三氧化二镓晶体生长的助熔剂及基于该类助熔剂的晶体生长方法
技术领域
1.本发明涉及一种单晶生长的助熔剂体系及其晶体生长方法，尤其是涉及一种ni
2
、cu
2
、zn
2
等二价金属离子掺杂的β-ga2o3晶体的助熔剂及基于该助熔剂的晶体生长方法。
背景技术：
2.β-ga2o3晶体是第四代宽禁带半导体材料，人们通过si
4
、sn
4
、ge
4
、h
等掺杂，实现并获得了n-型掺杂β-ga2o3半导体晶体，并将其应用于深紫外区的光通信、光电探测与功率器件。na、mg、ca、cu、ag、zn、cd等能成为有效的p-型掺杂离子，进入β-ga2o3晶体的晶格中，从而获得p-型β-ga2o3半导体晶体(rsc adv.,2016,6,78322)。目前，在β-ga2o3纳米线中通过掺zn实现了较弱的p-型导电特性(j.electrochem.soc,2011,(3)d136,appl.phys.lett.,2005,87(22),222102)。ni
2
、cu
2
、zn
2
等二价金属离子掺杂能有效解决浅能级受主离子少，受主离子易纯化、激活率低的问题，同时，还能抑制晶体中缺陷类型占主导的n型缺陷，在β-ga2o3晶体上实现p-型。同质n-型和p-型半导体是制备高质量半导体器件的前提和基础，p-型掺杂β-ga2o3半导体晶体的实现，可以大大拓宽β-ga2o3晶体应用范围。与其他宽禁带半导体单晶相似，获得p型掺杂β-ga2o3晶体较为困难。因此，生长p-型掺杂的β-ga2o3半导体晶体材料是半导体材料研究领域中最热门的方向之一，受到了国内外广泛的关注。
3.现有生长方法多聚焦纯β-ga2o3晶体或n型掺杂β-ga2o3晶体，传统的生长方法、助融剂体系无法生长出性能优异的p型氧化镓单晶，存在诸如浅能级离子掺杂的均匀性、晶体中固有的n型背景载流子抑制、p型掺杂的固液界面稳定性等难题。此外，氧化镓原料在高温下容易挥发，挥发出来的气态ga2o3会在保温材料及晶体表面重新凝结，影响晶体的质量。当温度超过1680℃时，氧化镓熔体会发生剧烈的分解反应：
4.ga2o3(s)
→
2gao(g) 1/2o2(g)
ꢀꢀ
(1)
5.gao(g)
→
ga2o(g) 1/2o2(g)
ꢀꢀ
(2)
6.ga2o(gg)
→
2ga(g) 1/2o2(g)
ꢀꢀ
(3)；
7.使得氧化镓熔体发生组分偏析，难以获得高质量的β-ga2o3晶体。而采用助溶剂法则易将杂质引入晶体，很多助熔剂具有一定的毒性，会产生腐蚀与污染，另外，助熔剂法生长的β-ga2o3晶体尺寸较小，成分不均一。因此，进一步改善助熔剂体系中的单晶生长工艺条件成为当务之急，选择合适的助熔剂是突破p-型掺杂的β-ga2o3半导体晶体生长技术瓶颈的关键所在。
技术实现要素：
8.本发明所要解决的技术问题是：如何采用助溶剂法生长出晶体尺寸可控、成分均一的二价金属离子掺杂的β-ga2o3晶体。
9.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种二价金属离子掺杂的β-ga2o3晶体生长的助熔剂，其特征在于，为铋氧化物-碱金属氟化物体系的助溶剂，体系中所述的铋氧化物
与碱金属氟化物的摩尔比为0.8～0.75：0～0.1。
10.优选地，所述的铋氧化物为氧化铋和五氧化二铋中的一种或者两种以任意比例组成的混合物，所述的碱金属氟化物为氟化锂和氟化钠中的一种或者两种以任意比例组成的混合物。
11.优选地，采用上述的二价金属离子掺杂的β-ga2o3晶体生长的助熔剂进行生长，具体包括如下步骤：
12.步骤1：按照摩尔比0.2～0.25∶0.8～0.75∶0～0.1∶0.0001～0.05的配比称量β-ga2o3晶体、铋氧化物、碱金属氟化物和二价金属氧化物，充分搅拌混合均匀并在1100-1250℃恒温8-12小时，之后冷却至室温作为晶体生长的原料，所述的二价金属氧化物为nio、cuo和zno中的至少一种；
13.步骤2：将步骤1所得的晶体生长原料移入晶体生长炉中，升温至所述的晶体生长原料完全熔化成溶液，然后恒温10～40小时，得到高温熔体，接着在饱和点温度上方0.5～5℃，将籽晶引入上述高温熔体，恒温10～60分钟后，将温度降至饱和点温度；
14.步骤3：以饱和点温度作为起始温度，以0.02～0.5℃/天的速率降温，同时旋转晶体，待晶体生长到所需的尺寸后，使晶体脱离液面，以5～50℃/h的速率降至室温，获得二价金属离子掺杂的β-ga2o3晶体。
15.优选地，所述步骤2中混合物料完全熔化成溶液的温度为900～1280℃。
16.优选地，所述步骤2和步骤3中的饱和点温度为950～1210℃。
17.优选地，所述步骤3中晶体旋转的速率为5～40rpm。
18.本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
19.1.本发明采用铋氧化物-碱金属氟化物体系为助溶体系，该体系能够在900～1280℃下完全熔融原料中的ga2o3和金属氧化物，因此最终能够获得掺杂均一的二价金属离子掺杂的β-ga2o3晶体；
20.2.本发明的助溶体系可以有效的降低晶体的生长温度，其生长温度范围大致在950-1210℃之间，高温熔体粘度小、澄清透明，便于抑制组分偏离、易于掺杂离子输运、方便实时的观察和控制晶体生长的情况，在本发明的工艺条件下，能够生长出晶体尺寸可控、成分均一的高质量的二价金属离子掺杂的β-ga2o3晶体，突破了p-型掺杂的β-ga2o3半导体晶体生长技术瓶颈。
具体实施方式
21.为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。
22.下述实施例所用的原料ga2o3、bi2o3、lif、naf、nio、cuo和zno的纯度均为99.9％，购买于中国医药集团上海化学试剂公司。
23.实施例1：采用bi2o3–
lif助熔剂体系制备cu掺杂的β-ga2o3晶体
24.以β-ga2o3粉末和bi2o3、lif和cuo为原料，按摩尔比β-ga2o3：bi2o3：lif：cuo＝0.2：0.78：0.05：0.0002配料，称取37.49克β-ga2o3粉末、363.45克bi2o3、1.30克lif、0.016克cuo。
25.将称取的原料研磨混合均匀后，分批加入φ100
×
70mm3的铂金坩埚中，先在马弗炉里升温至1200℃，恒温36小时化料，得到晶体生长原料。
26.将晶体生长原料装入电阻丝加热的熔盐单晶生长炉中，单晶生长炉的炉管为竖直的中空圆管；用保温材料做的盖子把位于炉顶部的开口封上，在炉顶部与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出入的小孔，升温至1200℃，使上述熔体完全熔化得到澄清的高温溶液，使用铂金片制作的搅拌器在该温度下以35rpm的转速持续搅拌36h，待高温溶液充分匀化后，提出搅拌器。
27.用尝试籽晶法确定晶体生长的饱和点温度为1185℃，然后将上述高温溶液降温至1185.5℃(饱和点温度以上0.5℃)，将β-ga2o3籽晶从炉顶部小孔缓慢下入直至籽晶接触溶液表面，籽晶以30rpm的速率双向旋转，恒温60分钟后降温至1185℃，高温溶液竖直温度梯度为0.05℃/cm，然后以0.05～0.2℃/天的速率降温，进行晶体生长。
28.生长过程中，转速随晶体的长大而逐渐减小，通过调节电机控制转速减小至25rpm。30天后晶体生长结束，将晶体拉离液面，以5℃/h的速率降至室温，获得的cu掺杂的β-ga2o3晶体，晶体外形规则无包裹体。
29.实施例2：采用bi2o3–
naf助熔剂体系制备cu掺杂的β-ga2o3晶体
30.以β-ga2o3粉末和bi2o3、lif和cuo为原料，按摩尔比β-ga2o3：bi2o3：naf：cuo＝0.25：0.73：0.08：0.0002配料，称取46.86克β-ga2o3粉末、340.15克bi2o3、3.36克naf、0.016克cuo。
31.将称取的原料研磨混合均匀后，分批加入φ100
×
70mm3的铂金坩埚中，先在马弗炉里升温至1250℃，恒温40小时化料，得到晶体生长原料。将晶体生长原料装入电阻丝加热的熔盐单晶生长炉中，单晶生长炉的炉管为竖直的中空圆管；用保温材料做的盖子把位于炉顶部的开口封上，在炉顶部与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出入的小孔，升温至1250℃，使上述熔体完全熔化得到澄清的高温溶液，使用铂金片制作的搅拌器在该温度下以35rpm的转速持续搅拌36h，待高温溶液充分匀化后，提出搅拌器。
32.用尝试籽晶法确定晶体生长的饱和点温度为1205℃，然后将上述高温溶液降温至1205.5℃(饱和点温度以上0.5℃)，将β-ga2o3籽晶从炉顶部小孔缓慢下入直至籽晶接触溶液表面，籽晶以30rpm的速率双向旋转，恒温60分钟后降温至1205℃，高温溶液竖直温度梯度为0.05℃/cm，然后以0.05～0.2℃/天的速率降温，进行晶体生长。
33.生长过程中，转速随晶体的长大而逐渐减小，通过调节电机控制转速减小至25rpm。30天后晶体生长结束，将晶体拉离液面，以5℃/h的速率降至室温，获得的cu掺杂的β-ga2o3晶体，晶体外形规则无包裹体。
34.实施例3：采用bi2o3–
lif助熔剂体系制备zn掺杂的β-ga2o3晶体
35.以β-ga2o3粉末和bi2o3、lif和cuo为原料，按摩尔比β-ga2o3：bi2o3：lif：：zno＝0.23：0.77：0.04：0.0004配料，称取43.11克β-ga2o3粉末、358.79克bi2o3、1.04克lif、0.033克zno。
36.将称取的原料研磨混合均匀后，分批加入φ100
×
70mm3的铂金坩埚中，先在马弗炉里升温至1210℃，恒温36小时化料，得到晶体生长原料。
37.将晶体生长原料装入电阻丝加热的熔盐单晶生长炉中，单晶生长炉的炉管为竖直的中空圆管；用保温材料做的盖子把位于炉顶部的开口封上，在炉顶部与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出入的小孔，升温至1200℃，使上述熔体完全熔化得到澄清的高温溶液，使用铂金片制作的搅拌器在该温度下以35rpm的转速持续搅拌38h，待高温溶液充分匀
化后，提出搅拌器。
38.用尝试籽晶法确定晶体生长的饱和点温度为1192℃，然后将上述高温溶液降温至1192.5℃(饱和点温度以上0.5℃)，将β-ga2o3籽晶从炉顶部小孔缓慢下入直至籽晶接触溶液表面，籽晶以30rpm的速率双向旋转，恒温60分钟后降温至1192℃，高温溶液竖直温度梯度为0.15℃/cm，然后以0.05～0.4℃/天的速率降温，进行晶体生长。生长过程中，转速随晶体的长大而逐渐减小，通过调节电机控制转速减小至18rpm。30天后晶体生长结束，将晶体拉离液面，以5℃/h的速率降至室温，获得的zn掺杂的β-ga2o3晶体，晶体外形规则无包裹体。
39.实施例4：采用bi2o3–
lif助熔剂体系制备ni掺杂的β-ga2o3晶体
40.以β-ga2o3粉末和bi2o3、lif和zno为原料，按摩尔比β-ga2o3：bi2o3：lif：nio＝0.18：0.80：0.05：0.001配料，称取33.74克β-ga2o3粉末、372.77克bi2o3、1.30克lif、0.075克nio。
41.将称取的原料研磨混合均匀后，分批加入φ100
×
70mm3的铂金坩埚中，先在马弗炉里升温至1175℃，恒温30小时化料，得到晶体生长原料。
42.将晶体生长原料装入电阻丝加热的熔盐单晶生长炉中，单晶生长炉的炉管为竖直的中空圆管；用保温材料做的盖子把位于炉顶部的开口封上，在炉顶部与坩埚中心位置对应处留一可供籽晶杆出入的小孔，升温至1175℃，使上述熔体完全熔化得到澄清的高温溶液，使用铂金片制作的搅拌器在该温度下以40rpm的转速持续搅拌40h，待高温溶液充分匀化后，提出搅拌器。
43.用尝试籽晶法确定晶体生长的饱和点温度为1162℃，然后将上述高温溶液降温至1162.5℃(饱和点温度以上0.5℃)，将β-ga2o3籽晶从炉顶部小孔缓慢下入直至籽晶接触溶液表面，籽晶以30rpm的速率双向旋转，恒温60分钟后降温至1162℃，高温溶液竖直温度梯度为0.025℃/cm，然后以0.05～0.35℃/天的速率降温，进行晶体生长。
44.生长过程中，转速随晶体的长大而逐渐减小，通过调节电机控制转速减小至20rpm。30天后晶体生长结束，将晶体拉离液面，以5℃/h的速率降至室温，获得的ni掺杂的β-ga2o3晶体，晶体外形规则无包裹体。
45.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
再多了解一些
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