[實用新型]助熔劑法生長均勻的氮化物單晶的系統

有效

• 申請號: 202022055337.6
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN212713847U
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 司志偉;劉宗亮;徐科
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: C30B29/40
• 分類號: C30B29/40;C30B9/10
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本實用新型公開了一種助熔劑法生長均勻的氮化物單晶的系統。所述系統包括：單晶生長單元、原料循環單元、攪拌單元和氮氣供給單元；所述單晶生長單元包括可供反應生長氮化物單晶的反應腔室，所述原料循環單元包括用以容置生長氮化物單晶所需原料的循環腔室，所述反應腔室與所述循環腔室相互連通，且所述原料能夠在所述反應腔室與循環腔室之間循環流動；所述攪拌單元至少用以對所述循環腔室和/或反應腔室內的原料進行攪拌；所述氮氣供給單元至少用以向所述循環腔室和/或反應腔室內提供氮氣。本實用新型利用原料循環單元以及攪拌單元對反應腔室和循環腔室內的原料進行循環和攪拌，使生長形成的氮化物單晶均勻性更好、質量更高。

技術領域

本實用新型涉及一種生長氮化鎵體單晶的系統，特別涉及一種助熔劑法生長均勻的氮化物單晶的系統，屬于單晶材料生長技術領域。

背景技術

氮化鎵作為第三代半導體核心材料之一，具有禁帶寬度大，電子遷移率高，擊穿場強高，熱導率高，介電常數小，抗輻射性能強，良好的化學穩定性等優良特性。氮化鎵在光學器件和大功率電子器件上都有廣泛的應用，如發光二極管 (LED)、激光二極管(LD)和大功率晶體管。目前，生產氮化鎵單晶襯底方法主要有四種，高壓熔液法，氫化物氣相外延法，氨熱法，助熔劑法。

助熔劑法作為一種近熱力學平衡態下的生長方法，具有諸多優勢，是目前國際上公認的獲得低成本、高質量、大尺寸氮化鎵體單晶的生長方法之一。助熔劑法氮化鎵體單晶的生長過程為：選取適當原料(主要為金屬鎵、金屬鈉、碳添加劑等)成分配比，將裝有生長原料和氮化鎵籽晶的坩堝置于生長爐中，在一定生長溫度、一定生長壓力的氮氣氛圍，通過控制不同的生長時間，在氮化鎵籽晶上液相外延獲得不同厚度的氮化鎵體單晶。

金屬鈉作為一種助熔劑能夠促進N₂的N≡N三鍵斷開形成氮離子(N^3-)，使得氮離子溶解在熔融的金屬鎵中，增加氮離子在熔融金屬鎵中的溶解度，促進氮化鎵單晶的生長速率，然而，由于氮離子在熔融金屬鎵熔液液面附近的溶解度較大，易使得該區域熔液成為過飽和狀態，從而使得該局部區域成核和生長，導致成核率過高，得到較多小晶粒，不利于助熔劑法氮化鎵體單晶的液相外延生長；碳元素能夠抑制坩堝壁多晶的產生從而提高氮化鎵單晶的產率。

但是，在氮化鎵生長過程中，一方面由于氮化鎵熔融的生長原料(主要為金屬鎵、金屬鈉、碳添加劑等)分布不均勻，導致生長出來的氮化鎵質量不均勻，另一方面，如圖1所示，氮離子在熔融原料中分布不均勻，導致氮離子在熔融原料表面區域的溶解量較大，氮氣的溶解量自熔融原料表面向下溶解量逐漸減小，導致氮含量在生長體系(熔融原料)內分布不均勻，進而導致氮化鎵單晶生長速度較慢、生長質量較差且不均。

實用新型內容

本實用新型的主要目的在于提供一種助熔劑法生長均勻的氮化物單晶的系統，以克服現有技術中的不足。

為實現前述實用新型目的，本實用新型采用的技術方案包括：

本實用新型實施例提供了一種助熔劑法生長均勻的氮化物單晶的系統，其包括：單晶生長單元、原料循環單元、攪拌單元和氮氣供給單元；

所述單晶生長單元包括可供反應生長氮化物單晶的反應腔室，所述原料循環單元包括用以容置生長氮化物單晶所需原料的循環腔室，所述反應腔室與所述循環腔室相互連通，且所述原料能夠在所述反應腔室與循環腔室之間循環流動；

所述攪拌單元至少用以對所述循環腔室和/或反應腔室內的原料進行攪拌；所述氮氣供給單元至少用以向所述循環腔室和/或反應腔室內提供氮氣；所述攪拌單元和氮氣供給單元能夠使氮離子于所述原料內均勻分布，并使所述原料中的金屬鎵和氮離子的摩爾比值維持在指定范圍內。

本實用新型實施例還提供了一種助熔劑法生長均勻的氮化物單晶的方法，其包括：

提供所述的助熔劑法生長均勻的氮化物單晶的系統；