[發明專利]一種氮化物單晶生長裝置及方法

有效

• 申請號: 201610017711.9
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105442046B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 巫永鵬;羅睿宏;陳蛟;張國義
• 申請（專利權）人: 東莞市中鎵半導體科技有限公司;北京大學東莞光電研究院
• 主分類號: C30B29/40
• 分類號: C30B29/40;C30B9/12
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種氮化物單晶生長裝置及方法。

背景技術

氮化鎵由于具有寬帶隙、高耐壓、高熱導等優良性能，在激光器(LD)、發光二極管(LED)、高電子遷移率晶體管(HEMT)等領域具有廣闊的應用前景。

目前，大部分氮化鎵器件的生長襯底是藍寶石、SiC等異質襯底，由于異質襯底存在熱導率及晶格的不匹配問題，使氮化鎵存在較大的位錯密度，影響氮化鎵器件的性能。使用同質襯底是解決這一問題的理想方案。

目前，氮化鎵襯底的商業化生產方法為氫化物氣相外延(HVPE)，雖然具有較大的生長速率，但晶體質量需要進一步提高。為了提高晶體質量，近年來提出了其他氮化鎵單晶生長方法。相比其他方法，鈉助熔劑法(Na Flux)的生長條件相對溫和且晶體質量較高，具有較大的應用前景。如何進一步提高鈉助熔劑法氮化鎵單晶的晶體質量和生長速率，是目前急需解決的重要問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種能夠提高氮化鎵單晶晶體質量及生長速率的裝置。

本發明采取以下技術方案：

一種氮化物單晶生長裝置，包括反應釜，反應釜內填充反應物溶液，反應釜內設置有晶種支撐裝置，晶種支撐裝置完全浸沒于反應物溶液中。其特征在于，所述反應釜內設有特殊結構體的晶種支撐裝置。

所述晶種支撐裝置為多孔的空心殼體結構，表面通孔與空心殼體內部連通。

所述晶種支撐裝置側面設有擋片，擋片具有統一形狀、大小，擋片與側面通孔連接，擋片與側面間的傾斜角度為10～80度，擋片向通孔方向傾斜。

所述晶種支撐裝置與連動裝置連接，連動裝置轉動帶動晶種支撐裝置轉動，轉動方向與擋片傾斜方向相同。

所述連動裝置在豎直方向可伸縮，帶動晶種支撐裝置在豎直方向上下移動。

晶種模板放置于所述晶種支撐裝置內部，與通孔相距1～10mm。

所述晶種模板，固定放置于所述晶種支撐裝置內部，晶種模板與通孔相距1～10mm，晶種模版跟隨晶種支撐裝置同步轉動；所述晶種模板，或固定于反應釜內壁，晶種模板與通孔相距1～10mm，晶種模板不跟隨晶種支撐裝置轉動。

所述晶種模板豎直放置、水平放置或以任何傾角傾斜放置。

所述晶種支撐裝置，其形狀為圓柱形、方柱形、橢圓柱形及其他任何具有空心殼體結構的幾何形體。

一種氮化物單晶的生長方法，包括以下步驟：

S1，將晶種模板固定放置在晶種支撐裝置內部，或固定于反應釜內壁，晶種模板以水平放置或豎直放置或以一定傾斜角度(0～90度)放置，距離通孔位置1～10mm；

S2，升起晶種支撐裝置，往反應釜內放置反應物溶液，保證晶種支撐裝置位于反應物溶液上方，不接觸反應物溶液；

S3，密封反應釜，往反應釜內通入氮氣，并對反應釜進行加熱，使反應釜的壓力達到1～50MPa，溫度達到700～1000℃；

S4，當溫度壓力達到生長條件時，控制連動裝置使晶種支撐裝置下降至氣液界面以下，完全浸沒于反應物溶液中，并啟動連動裝置轉動，帶動晶種支撐裝置轉動，使反應釜內的生長溶液流動，流動途徑經過晶種模板表面；

S5、晶體生長達到目標厚度后，拉升晶種支撐裝置于氣液界面上方，對反應釜進行降壓降溫，然后取出晶體，生長反應結束。

本發明具有以下有益效果：

1.溶液從側門通孔流入支撐裝置，流經晶種模板，從上下底面通孔流出，具有溶液循環流動的效果，有效促進反應物溶解以及氣液界面高濃度N的循環參與反應，降低氣液界面多晶層。

2.溶液的循環流動由通孔流入，晶種模板放置于通孔附件，反應原材料直接達到晶種模板表面，反應更加充分，有效提高了晶體質量及生長速度。

3.晶種支撐裝置可攜帶多片晶種模板，多片式晶體生長可有效降低生長成本，且晶種支撐裝置便于取下氮化鎵單晶。

4.在達到反應條件前，保持晶種支撐裝置處于液面之上；晶體生長達到所需厚度要求后，上移晶種支撐裝置，有效避免反應的副產物產生，進一步提高晶體質量。

附圖說明

附圖1為本發明實施例一結構示意圖(晶種支撐裝置為簡圖，見圖2)；

附圖2為本發明實施例一的晶種支撐裝置結構示意圖；

附圖3為本發明實施例一的晶種模板的位置示意圖；

附圖4為本發明實施例一的溶液流動的狀態示意圖；

附圖5為本發明實施例二的晶種支撐裝置結構示意圖；

附圖6為本發明實施例二的晶種模板的位置示意圖；