本发明涉及半导体器件，尤其涉及一种n型低阻β-ga2o3单晶的原位退火方法。
背景技术：
1、β-氧化镓(β-ga2o3)单晶是一种新型宽禁带氧化物半导体材料，拥有4.8ev的禁带宽度，是迄今为止唯一可采用熔体法生长的超宽禁带半导体晶体材料，其优异的性能使其非常适用于高耐压大功率半导体器件，是未来高电压、大功率、低损耗电力电子器件的重要材料，是新一代化合物半导体材料，为未来器件的发展开拓了思路，应用前景广阔，有望推动信息领域进一步发展。
2、氧化镓基功率半导体器件一般要求低阻氧化镓衬底，但是，低阻氧化镓单晶的电学性能受生长气氛影响明显。采用常规方法直接生长的低阻掺杂单晶，在其生长氛围直接降温取出后，施主原子的电活性难以被全部激活，晶体的电学性能需要进行二次退火之后才能达到使用要求，这不仅增加了氧化镓单晶到衬底的加工周期，也增加了单晶衬底的生产成本。因此，有必要提供一种新的低阻β-ga2o3单晶的原位退火工艺，以简化单晶衬底的生产工序，降低单晶衬底的生产成本，并提高低阻β-ga2o3单晶产品的合格率。
技术实现思路
1、针对现有制备低阻β-ga2o3单晶的方法存在的需要进行二次退火，加工周期长，生产成本高的问题，本发明提供一种n型低阻β-ga2o3单晶的原位退火方法，该方法通过在β-ga2o3单晶生长炉的上保温结构内选定特定的板状区域作为退火区域，将生长结束的β-ga2o3单晶降温后直接提拉至退火区域内，并通过控制退火气氛，实现了β-ga2o3单晶的原位退火，不但有效提高了β-ga2o3单晶的生产效率，降低了生产成本，还有效改善了β-ga2o3单晶电阻率的均匀度，降低了开裂风险，提高了产品合格率，在β-ga2o3单晶制备领域具有较高的推广应用价值。
2、为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
3、一种n型低阻β-ga2o3单晶的原位退火方法，所述方法包括以下步骤：
4、s1、进行低阻β-ga2o3单晶的生长；
5、s2、将生长完成的β-ga2o3单晶提拉至模具之上，进行降温，降至第一预设温度并保温第一预设时间后，将单晶向上提拉至上保温结构内，降温至第二预设温度并保温第二预设时间；
6、其中，所述上保温结构为内部设有贯通式方形空腔的氧化锆圆柱体，所述方形空腔的中心轴与圆柱体的中心轴重合；所述方形空腔的厚度为13mm~16mm，长度为120mm~150mm，高度为150mm~160mm；
7、s3、将生长炉内的气氛等压置换为氮气，于第二预设温度继续保温第三预设时间，然后以100℃/h~200℃/h的速率降至单晶中心温度为800℃~850℃，保温1h~2h，再以200℃/h~300℃/h的速率降至单晶中心温度为500℃~550℃，保温1h~2h，最后以200℃/h~300℃/h降至室温，取出晶体，完成退火。
8、相对于现有技术，本发明提供的n型低阻β-ga2o3单晶的原位退火方法，通过在上保温结构内设定特定板状区域作为退火区域，且通过控制退火气氛和特定的降温程序，使施主原子有效激活，同时，也让β-ga2o3单晶的电阻率更加均匀，使电阻率均匀度由原来不退火的8.1%降至4.8%，同时，由于特定板状区域可使β-ga2o3单晶整体区域的温度更均匀，降低了晶体内应力，降低了开裂风险，提高了产品的合格率。通过本发明提供的n型低阻β-ga2o3单晶的原位退火方法，不但有效减少了β-ga2o3单晶的生产工序，提高了生产效率，降低了低阻氧化镓的生产成本和能耗，还有改善了制备的低阻氧化镓的电学性能，可以实现高成品率、低应力和高电学性能的氧化镓单晶生长，应用前景广阔。
9、本发明提供的n型低阻β-ga2o3单晶的退火方法，仅需通过对上保温结构的进行简单改进，以及控制退火气氛和退火程序，即可实现在低阻氧化镓的原位退火，从而可简化低阻氧化镓的生产工序，提高低阻氧化镓的产品合格率，对于增加低阻氧化镓的市场竞争力具有十分重要的意义。
10、作为本发明的一种具体实施方式，上保温结构空腔的横截面可为长方形、正方形或平行四边形，只要尺寸和空腔位置的设定满足本发明的限定，均可达到基本相当的技术效果。优选空腔的横截面可为长方形。
11、进一步地，s2中，以10mm/h~15mm/h的速率将β-ga2o3单晶提拉至模具之上。
12、作为本发明的一种具体实施方式，以10mm/h~15mm/h的速率将β-ga2o3单晶提拉至模具之上5mm~10mm处。
13、进一步地，s2中，所述第一预设温度为1400℃~1500℃，降温速率为100℃/h~200℃/h，所述第一预设时间为0.5h~1h。
14、进一步地，s2中，以10mm/h~15mm/h的速率将β-ga2o3单晶提拉至上保温结构内。
15、进一步地，s2中，所述第二预设温度为1000℃~1100℃，降温速率为100℃/h~200℃/h，所述第一预设时间为1h~2h。
16、进一步地，s2中，所述氧化锆圆柱体的下表面与模具口的垂直距离为20mm~40mm。
17、进一步地，s3中，所述第三预设时间为24h~48h。
18、需要说明的是，s3中，等压置换生长炉内的气氛时，需要控制氧化镓晶体中心温度波动在±10℃范围内。
19、需要说明的是，本发明提供的n型低阻β-ga2o3单晶的退火方法适用于尺寸≤4英寸的氧化镓单晶进行原位退火。
20、进一步地，s101、将模具放入坩埚中，加入氧化镓原料和掺杂原料，然后将坩埚放入单晶生长炉内，抽真空，充入二氧化碳；
21、s102、以200℃/h~300℃/h的速率升温至氧化镓原料熔化，保温，将籽晶放入模具中心，籽晶熔化5mm~15mm后，以10mm/h~25mmm/h的速率向上提拉籽晶，同时，以3℃/h~15℃/h的速率降温，使晶体生长进入放肩阶段；
22、s103、放肩阶段结束后，进行等径阶段，保持10mm/h~30mm/h的拉速和10℃/h~20℃/h的降温速率，直至晶体生长结束。
23、需要说明的是，将模具放入坩埚底部中心位置后，采用酒精在80℃~90℃超声清洗半小时，晾干后备用。
24、需要说明的是，氧化镓原料和掺杂原料的纯度均≥99.9%。
25、作为本发明的一种具体实施方式，氧化镓原料的加入量为500g~1000g。
26、进一步地，所述掺杂原料为iv族元素化合物，其中，氧化镓中ga与掺杂原料中的iv族元素的摩尔比为（200~4000）:1。
27、作为本发明的一种具体实施方式，所述掺杂原料可选用sno2、sio2、geo2或上述元素的其它价态化合物。
28、进一步地，s101中，抽真空至3pa以下，充入二氧化碳至0.12mpa~0.17mpa。
29、进一步地，s102中，所述保温的时间为4h~6h。
30、采用上述步骤经过引晶、放肩、等径等生长阶段，可生长出高质量、高电阻率均匀、尺寸≤4英寸的低阻氧化镓单晶。
31、本发明提供的n型低阻β-ga2o3单晶的退火方法具有如下有益效果：
32、（1）本发明可实现对低阻氧化镓单晶的原位退火，使施主原子有效激活，退火后氧化镓单晶的载流子浓度明显提高，从而满足功率器件对衬底载流子浓度的需求。
33、（2）采用本发明提供的退火方法，可避免二次退火，减少能耗25%以上，节约时间30%以上，有效降低了低阻氧化镓单晶衬底的成本。
34、（3）采用本发明提供的退火方法，可以尽可能的减小氧化镓晶体内应力，晶体在加工过程中不易开裂，使加工成品率从30%提升至60%；
35、（4）采用本发明提供的退火方法，提高电阻率均匀度，电阻率均匀度由原来的8.1%降低至4.8%，更有利于其在功率器件、光电器件和传感器等半导体器件领域的应用，可以实现高效低成本的低阻氧化镓单晶的批量生产。
1.一种n型低阻β-ga2o3单晶的原位退火方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的n型低阻β-ga2o3单晶的原位退火方法，其特征在于：s2中，以10mm/h~15mm/h的速率将β-ga2o3单晶提拉至模具之上。
3.如权利要求1所述的n型低阻β-ga2o3单晶的原位退火方法，其特征在于：s2中，所述第一预设温度为1400℃~1500℃，降温速率为100℃/h~200℃/h，所述第一预设时间为0.5h~1h。
4.如权利要求1所述的n型低阻β-ga2o3单晶的原位退火方法，其特征在于：s2中，以10mm/h~15mm/h的速率将β-ga2o3单晶提拉至上保温结构内。
5.如权利要求1所述的n型低阻β-ga2o3单晶的原位退火方法，其特征在于：s2中，所述第二预设温度为1000℃~1100℃，降温速率为100℃/h~200℃/h，所述第一预设时间为1h~2h。
6.如权利要求1所述的n型低阻β-ga2o3单晶的原位退火方法，其特征在于：s2中，所述氧化锆圆柱体的下表面与模具口的垂直距离为20mm~40mm。
7.如权利要求1所述的n型低阻β-ga2o3单晶的原位退火方法，其特征在于：s3中，所述第三预设时间为24h~48h。
8.如权利要求1所述的n型低阻β-ga2o3单晶的原位退火方法，其特征在于：s1具体包括如下步骤：
9. 如权利要求8所述的n型低阻β-ga2o3单晶的原位退火方法，其特征在于：所述掺杂原料为iv族元素化合物，其中，氧化镓中ga与掺杂原料中的iv族元素的摩尔比为（200~4000）:1。
10.如权利要求8所述的n型低阻β-ga2o3单晶的原位退火方法，其特征在于：s101中，抽真空至3pa以下，充入二氧化碳至0.12mpa~0.17mpa；和/或
