一種生長(zhǎng)Ⅲ族氮化物晶體的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體生長(zhǎng)裝置，具體地說(shuō)是一種生長(zhǎng)III族氮化物晶體的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵(GaN)等III族氮化物半導(dǎo)體，屬于直接帶隙半導(dǎo)體材料，由于其能發(fā)射藍(lán)色光或紫色光而受到關(guān)注。而作為GaN晶體的生長(zhǎng)方法，一方面，有有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法(M0CVD)、氫化物氣相外延法(HVPE)、分子束外延法(MBE)等氣相生長(zhǎng)方法，但是利用氣相生長(zhǎng)法得到的氮化鎵晶體目前存在位錯(cuò)密度較大的問(wèn)題；另一方面，生長(zhǎng)GaN晶體還可以在液相中進(jìn)行。由于GaN只有在高溫高壓下才能實(shí)現(xiàn)熔融(2220°C，6GPa)，傳統(tǒng)的制備硅(Si)、砷化鎵(GaAs)單晶襯底的液相提拉法很難生長(zhǎng)GaN襯底材料。近年來(lái)，提出將鈉(Na)等堿金屬作為溶劑，可以在比較溫和的條件下液相生長(zhǎng)GaN等氮化物晶體。而在該液相法生長(zhǎng)GaN晶體中，其晶體生長(zhǎng)的質(zhì)量和速率直接與晶種模版附近Ga-Na溶液的氮(N)濃度相關(guān)。由于N源先從溶液氣液界面處溶解，導(dǎo)致氣液界面處的Ga-Na溶液中N濃度大于晶種模版附近，不利于GaN單晶的生長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種生長(zhǎng)III族氮化物晶體的裝置，能夠有效促進(jìn)晶體的生長(zhǎng)。
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案:
[0005]—種生長(zhǎng)III族氮化物晶體的裝置，包括反應(yīng)釜，所述反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)由上往下分布的坩禍，坩禍內(nèi)底部設(shè)有晶種模板，位于反應(yīng)釜最下部的坩禍通過(guò)環(huán)流通道與位于反應(yīng)釜最上部的坩禍相連通，環(huán)流通道內(nèi)設(shè)有溶液驅(qū)動(dòng)器，上下分布的相鄰的兩個(gè)坩禍通過(guò)連通管相互連通。
[0006]所述連通管設(shè)置在坩禍的底部。
[0007]所述連通管設(shè)置在坩禍的側(cè)壁。
[0008]所述反應(yīng)釜內(nèi)上下分布的相鄰兩個(gè)坩禍中，位于上方的坩禍的連通管延伸至位于下方的坩禍內(nèi)。
[0009]所述反應(yīng)釜內(nèi)上下分布的相鄰兩個(gè)坩禍中，位于上方的坩禍的連通管延伸至位于下方的坩禍內(nèi)的溶液的液面上方或者液面下方。
[0010]所述同一坩禍上設(shè)置至少一個(gè)連通管。
[0011]晶種模版是藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底或者硅襯底；或者是晶種模版上襯底氮化物薄膜的復(fù)合襯底；或是氮化物自支撐襯底。
[0012]所述坩禍內(nèi)設(shè)置至少一片晶種模板。
[0013]所述環(huán)流通道設(shè)置在反應(yīng)釜內(nèi)部。
[0014]所述環(huán)流通道設(shè)置在反應(yīng)釜外部。
[0015]本實(shí)用新型通過(guò)在反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置多個(gè)坩禍，且各個(gè)坩禍呈垂直上下分布，在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，反應(yīng)釜上部坩禍的底部，其反應(yīng)后低N濃度生長(zhǎng)溶液經(jīng)連通管至處于反應(yīng)釜下部的坩禍內(nèi)生長(zhǎng)溶液氣液界面，重新溶解氣氛中的N而成為高N濃度生長(zhǎng)溶液。通過(guò)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的連通坩禍底部與氣液界面的溶液通道，在外加驅(qū)動(dòng)力的作用下，形成溶液循環(huán)。最終，各坩禍內(nèi)氣液界面高N濃度生長(zhǎng)溶液向底部的晶種模版附近移動(dòng)，從而促進(jìn)氮化物單晶的生長(zhǎng)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]附圖1為本實(shí)用新型剖開(kāi)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
[0018]如附圖1所示，本實(shí)用新型揭示了一種生長(zhǎng)III族氮化物晶體的裝置，包括反應(yīng)釜1，反應(yīng)釜I內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)由上往下分布的坩禍2，坩禍2內(nèi)底部設(shè)有晶種模板5，位于反應(yīng)釜I最下部的坩禍2通過(guò)環(huán)流通道31與位于反應(yīng)釜I最上部的坩禍2相連通，環(huán)流通道31內(nèi)設(shè)有溶液驅(qū)動(dòng)器32，上下分布的相鄰的兩個(gè)坩禍通過(guò)連通管23相互連通。各個(gè)坩禍通常是垂直上下排列分布。環(huán)流通道可設(shè)置在反應(yīng)釜內(nèi)部，或者設(shè)置在反應(yīng)釜外部，若設(shè)置在反應(yīng)釜外部，則在反應(yīng)釜的側(cè)壁上相應(yīng)的開(kāi)設(shè)通孔，該環(huán)流通道可由一管道構(gòu)成。環(huán)流通道內(nèi)的溶液驅(qū)動(dòng)器，如為循環(huán)栗，將底部的溶液循環(huán)至反應(yīng)釜上部。在本實(shí)施例中，環(huán)流通道設(shè)置在反應(yīng)釜的內(nèi)部，且該環(huán)流通道與反應(yīng)釜內(nèi)的最下部的坩禍的底部連接，然后向下延伸至反應(yīng)釜內(nèi)的最上部的坩禍的內(nèi)。連通管通常設(shè)置在坩禍的底部，如本實(shí)施例中的設(shè)置方式。在需要的時(shí)候，也可以將連通管設(shè)置在坩禍的側(cè)壁。坩禍內(nèi)的溶液經(jīng)該連通管排出。當(dāng)然，坩禍底部可只設(shè)置一個(gè)連通管，也可以同時(shí)設(shè)置兩個(gè)或者更多個(gè)的連通管。
[0019]此外，反應(yīng)釜I內(nèi)上下分布的相鄰兩個(gè)坩禍中，位于上方的坩禍的連通管延伸至位于下方的坩禍內(nèi)。實(shí)際使用時(shí)，坩禍內(nèi)都會(huì)填充溶液，因此，該連通管可延伸至坩禍內(nèi)的溶液的液面上方，也可以位于坩禍內(nèi)的溶液的液面下方。
[0020]另外，晶種模版5是藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底或者硅襯底；或者是晶種模版上襯底氮化物薄膜的復(fù)合襯底；或是氮化物自支撐襯底。并且同一個(gè)坩禍內(nèi)可設(shè)置一片晶種模板，或者兩片或者更多片晶種模板。
[0021]如附圖1所示，為在反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置兩個(gè)坩禍的形式，將反應(yīng)釜上部的坩禍定義為上坩禍，反應(yīng)釜下部的坩禍定義為下坩禍。此處定義只是為了方便描述，并無(wú)其他限定。坩禍內(nèi)填充有晶體生長(zhǎng)溶液。上坩禍底面設(shè)置有兩個(gè)連通管，其中一個(gè)連通管延伸至下坩禍內(nèi)的溶液的液面下方，另外一個(gè)連通管則位于下坩禍內(nèi)的溶液的液面上方。環(huán)流通道一端接在下坩禍的底面、另一端延伸至上坩禍內(nèi)。
[0022]在進(jìn)行氮化物晶體生長(zhǎng)時(shí)，首先在上坩禍和下坩禍的內(nèi)部放置晶種模板和原材料，然后再將兩個(gè)坩禍按照排列順序放置在反應(yīng)釜內(nèi)。密閉反應(yīng)釜I ;將反應(yīng)釜升溫加壓至預(yù)定生長(zhǎng)條件，原材料熔化為生長(zhǎng)溶液4 ;開(kāi)啟溶液驅(qū)動(dòng)器32，上坩禍21內(nèi)氣液界面較高N濃度溶液流至晶種模版附近，促進(jìn)晶體生長(zhǎng)，反應(yīng)后的溶液N濃度降低，該反應(yīng)后的溶液經(jīng)連通管23流至下坩禍22的氣液界面，從新溶解N而成為較高N濃度溶液，緊接著，該較高N濃度溶液流至下坩禍22的晶種模版附近，促進(jìn)晶體生長(zhǎng)。在溶液驅(qū)動(dòng)器32的驅(qū)動(dòng)力作用下，下坩禍22內(nèi)晶種模版附近反應(yīng)后的溶液經(jīng)環(huán)流通道31環(huán)流至上坩禍21的氣液界面從新溶解N，提高該部分溶液的含N濃度。如此循環(huán)，上坩禍21和下坩禍22內(nèi)的晶種模版5附近一直被較高N濃度的溶液4包圍。晶體達(dá)到目標(biāo)厚度后，對(duì)反應(yīng)釜I降溫降壓并排除廢液，取出晶體。
[0023]需要說(shuō)明的是，以上所述并非是對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的限定，在不脫離本實(shí)用新型的創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，任何顯而易見(jiàn)的替換均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種生長(zhǎng)III族氮化物晶體的裝置，包括反應(yīng)釜，其特征在于，所述反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)由上往下分布的坩禍，坩禍內(nèi)底部設(shè)有晶種模板，位于反應(yīng)釜最下部的坩禍通過(guò)環(huán)流通道與位于反應(yīng)釜最上部的坩禍相連通，環(huán)流通道內(nèi)設(shè)有溶液驅(qū)動(dòng)器，上下分布的相鄰的兩個(gè)坩禍通過(guò)連通管相互連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)III族氮化物晶體的裝置，其特征在于，所述連通管設(shè)置在坩禍的底部。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)III族氮化物晶體的裝置，其特征在于，所述連通管設(shè)置在坩禍的側(cè)壁。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的生長(zhǎng)III族氮化物晶體的裝置，其特征在于，所述反應(yīng)釜內(nèi)上下分布的相鄰兩個(gè)坩禍中，位于上方的坩禍的連通管延伸至位于下方的坩禍內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生長(zhǎng)III族氮化物晶體的裝置，其特征在于，所述反應(yīng)釜內(nèi)上下分布的相鄰兩個(gè)坩禍中，位于上方的坩禍的連通管延伸至位于下方的坩禍內(nèi)的溶液的液面上方或者液面下方。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生長(zhǎng)III族氮化物晶體的裝置，其特征在于，所述同一坩禍上設(shè)置至少一個(gè)連通管。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生長(zhǎng)III族氮化物晶體的裝置，其特征在于，晶種模版是藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底或者硅襯底；或者是晶種模版上襯底氮化物薄膜的復(fù)合襯底；或是氮化物自支撐襯底。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生長(zhǎng)III族氮化物晶體的裝置，其特征在于，所述坩禍內(nèi)設(shè)置至少一片晶種模板。9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的生長(zhǎng)III族氮化物晶體的裝置，其特征在于，所述環(huán)流通道設(shè)置在反應(yīng)釜內(nèi)部。10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的生長(zhǎng)III族氮化物晶體的裝置，其特征在于，所述環(huán)流通道設(shè)置在反應(yīng)釜外部。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種生長(zhǎng)Ⅲ族氮化物晶體的裝置，包括反應(yīng)釜，所述反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)由上往下分布的坩堝，坩堝內(nèi)底部設(shè)有晶種模板，位于反應(yīng)釜最下部的坩堝通過(guò)環(huán)流通道與位于反應(yīng)釜最上部的坩堝相連通，環(huán)流通道內(nèi)設(shè)有溶液驅(qū)動(dòng)器，上下分布的相鄰的兩個(gè)坩堝通過(guò)連通管相互連通，上方坩堝的連通管延伸至下方坩堝的內(nèi)部，環(huán)流通道設(shè)置在反應(yīng)釜內(nèi)部或者反應(yīng)釜外部。本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置多個(gè)垂直方向上布局和驅(qū)動(dòng)環(huán)流的坩堝，各坩堝內(nèi)氣液界面高N濃度生長(zhǎng)溶液向底部的晶種模版附近移動(dòng)，從而促進(jìn)氮化物單晶的生長(zhǎng)。
【IPC分類】C30B9/00, C30B29/40
【公開(kāi)號(hào)】CN204939659
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520648634
【發(fā)明人】陳蛟, 李成明, 劉南柳, 巫永鵬
【申請(qǐng)人】北京大學(xué)東莞光電研究院
【公開(kāi)日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年8月26日