[發(fā)明專利]一種氮化物單晶生長裝置及方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201610017711.9 | 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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| 地址: | 523518 *** | 國省代碼: | 廣東;44 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 一種 氮化物 生長 裝置 方法 | ||
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;
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