[發(fā)明專利]一種氮化物單晶生長裝置及方法

有效

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• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105442046B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 巫永鵬;羅睿宏;陳蛟;張國義
• 申請（專利權(quán)）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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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氮化物單晶生長裝置及方法。

背景技術(shù)

氮化鎵由于具有寬帶隙、高耐壓、高熱導等優(yōu)良性能，在激光器(LD)、發(fā)光二極管(LED)、高電子遷移率晶體管(HEMT)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)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(zhì)襯底，由于異質(zhì)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(zhì)襯底是解決這一問題的理想方案。

目前，氮化鎵襯底的商業(yè)化生產(chǎn)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(zhì)量需要進一步提高。為了提高晶體質(zhì)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(zhì)量較高，具有較大的應(yīng)用前景。如何進一步提高鈉助熔劑法氮化鎵單晶的晶體質(zhì)量和生長速率，是目前急需解決的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容

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

本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種氮化物單晶生長裝置，包括反應(yīng)釜，反應(yīng)釜內(nèi)填充反應(yīng)物溶液，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置有晶種支撐裝置，晶種支撐裝置完全浸沒于反應(yīng)物溶液中。其特征在于，所述反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有特殊結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，表面通孔與空心殼體內(nèi)部連通。

所述晶種支撐裝置側(cè)面設(shè)有擋片，擋片具有統(tǒng)一形狀、大小，擋片與側(cè)面通孔連接，擋片與側(cè)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(zhuǎn)動帶動晶種支撐裝置轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)動；所述晶種模板，或固定于反應(yīng)釜內(nèi)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(nèi)部，或固定于反應(yīng)釜內(nèi)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(yīng)釜內(nèi)放置反應(yīng)物溶液，保證晶種支撐裝置位于反應(yīng)物溶液上方，不接觸反應(yīng)物溶液；

S3，密封反應(yīng)釜，往反應(yīng)釜內(nèi)通入氮氣，并對反應(yīng)釜進行加熱，使反應(yīng)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(yīng)物溶液中，并啟動連動裝置轉(zhuǎn)動，帶動晶種支撐裝置轉(zhuǎn)動，使反應(yīng)釜內(nèi)的生長溶液流動，流動途徑經(jīng)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(yīng)釜進行降壓降溫，然后取出晶體，生長反應(yīng)結(jié)束。

本發(fā)明具有以下有益效果：

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

2.溶液的循環(huán)流動由通孔流入，晶種模板放置于通孔附件，反應(yīng)原材料直接達到晶種模板表面，反應(yīng)更加充分，有效提高了晶體質(zhì)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(yīng)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(yīng)的副產(chǎn)物產(chǎn)生，進一步提高晶體質(zhì)量。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明實施例一結(jié)構(gòu)示意圖(晶種支撐裝置為簡圖，見圖2)；

附圖2為本發(fā)明實施例一的晶種支撐裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖3為本發(fā)明實施例一的晶種模板的位置示意圖；

附圖4為本發(fā)明實施例一的溶液流動的狀態(tài)示意圖；

附圖5為本發(fā)明實施例二的晶種支撐裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖6為本發(fā)明實施例二的晶種模板的位置示意圖；