[實用新型]溫場下降的高質量氮化物單晶的生長系統

有效

• 申請號: 202123235797.8
• 申請日: 2021-12-22
• 公開（公告）號: CN216378478U
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 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: C30B19/02
• 分類號: C30B19/02;C30B19/08;C30B19/10;C30B29/40
• 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溫場下降的高質量氮化物單晶的生長系統。所述生長系統包括：助熔劑法氮化物單晶生長設備和升降機構，所述助熔劑法氮化物單晶生長設備包括可供氮化物單晶生長的生長腔室以及設置在所述生長腔室內的反應容器、第一加熱機構和第二加熱機構，所述第一加熱機構至少用于在所述反應容器內部的第一區域形成第一溫區，所述第二加熱機構至少用于在所述反應容器內部的第二區域形成第二溫區；所述升降機構與所述第一加熱機構和第二加熱機構中的至少一者傳動連接。本實用新型實施例提供的一種生長系統，溫度場隨著熔液下降而降低，從而可以保障氮化物單晶的持續高速度生長，且使氮化物單晶的質量均一性更好。

技術領域

本實用新型涉及一種氮化物單晶生長系統，特別涉及一種溫場下降的高質量氮化物單晶的生長系統，屬于半導體單晶生長設備技術領域。

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，飽和電子遷移率高，擊穿場強高，熱導率高，介電常數小，抗輻射性能強，化學穩定性好等優良特性。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，生產氮化鎵的方法主要有四種，高壓熔液法，氫化物氣相外延法，氨熱法，助熔劑法。但是，高壓熔液法，氫化物氣相外延法，氨熱法和助熔劑法。而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。

通常，助熔劑法氮化鎵體單晶的一般生長過程為：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一定厚度的氮化鎵體單晶；然而，在生長過程中，生長熔液液面即氣體和熔液界面隨之下降。氮化鎵生長的高溫區和低溫區溫度梯度隨著生長過程中原料的消耗而不斷降低，高溫區的生長溫度控制的區域改變，氮源的溶解度下降，從而使得生長過程氮源在溫度梯度/溶解度梯度作用下的傳質輸運過程受到限制，另外，由于氮化鎵生長的溫度場分布不均，生長的氮化鎵質量不均一，嚴重影響著助熔劑氮化鎵的產業化。現有技術中利用坩堝下降法控制溫度梯度，但該方法不可避免地在移動過程中，會對生長原料中產生機械振動，從而對氮化鎵生長產生干擾，導致所生長的氮化鎵單晶質量均一性較差。

實用新型內容

本實用新型的主要目的在于提供一種溫場下降的高質量氮化物單晶的生長系統，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溫場下降的高質量氮化物單晶的生長系統，包括：助熔劑法氮化物單晶生長設備和升降機構，所述助熔劑法氮化物單晶生長設備包括可供氮化物單晶生長的生長腔室以及設置在所述生長腔室內的反應容器、第一加熱機構和第二加熱機構，

所述反應容器至少用于承載氮化物單晶生長所需的籽晶和/或襯底以及氮化物單晶生長所需的生長原料，所述第一加熱機構和第二加熱機構與所述反應容器相配合，所述第一加熱機構至少用于在所述反應容器內部的第一區域形成第一溫區，所述第二加熱機構至少用于在所述反應容器內部的第二區域形成第二溫區；所述升降機構與所述第一加熱機構和第二加熱機構中的至少一者傳動連接，并至少用于驅使所述第一加熱機構和第二加熱機構中的至少一者沿指定方向升降，其中，所述指定方向為熔融態的生長原料的液面下降的方向。

與現有技術相比，本實用新型的優點包括：

1)本實用新型實施例提供的一種溫場下降的高質量氮化物單晶的生長系統，結構簡單，使用、操作和維護簡便，且制備和改裝的成本低廉，便于推廣和應用。