一种生长Ⅲ族氮化物晶体的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种半导体生长装置，具体地说是一种生长III族氮化物晶体的装置。
【背景技术】
[0002]氮化镓(GaN)等III族氮化物半导体，属于直接带隙半导体材料，由于其能发射蓝色光或紫色光而受到关注。而作为GaN晶体的生长方法，一方面，有有机金属化学气相沉积法(M0CVD)、氢化物气相外延法(HVPE)、分子束外延法(MBE)等气相生长方法，但是利用气相生长法得到的氮化镓晶体目前存在位错密度较大的问题；另一方面，生长GaN晶体还可以在液相中进行。由于GaN只有在高温高压下才能实现熔融(2220°C，6GPa)，传统的制备硅(Si)、砷化镓(GaAs)单晶衬底的液相提拉法很难生长GaN衬底材料。近年来，提出将钠(Na)等碱金属作为溶剂，可以在比较温和的条件下液相生长GaN等氮化物晶体。而在该液相法生长GaN晶体中，其晶体生长的质量和速率直接与晶种模版附近Ga-Na溶液的氮(N)浓度相关。由于N源先从溶液气液界面处溶解，导致气液界面处的Ga-Na溶液中N浓度大于晶种模版附近，不利于GaN单晶的生长。
【发明内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题是提供一种生长III族氮化物晶体的装置，能够有效促进晶体的生长。
[0004]为了解决上述技术问题，本实用新型采取以下技术方案:
[0005]—种生长III族氮化物晶体的装置，包括反应釜，所述反应釜内设有至少两个由上往下分布的坩祸，坩祸内底部设有晶种模板，位于反应釜最下部的坩祸通过环流通道与位于反应釜最上部的坩祸相连通，环流通道内设有溶液驱动器，上下分布的相邻的两个坩祸通过连通管相互连通。
[0006]所述连通管设置在坩祸的底部。
[0007]所述连通管设置在坩祸的侧壁。
[0008]所述反应釜内上下分布的相邻两个坩祸中，位于上方的坩祸的连通管延伸至位于下方的坩祸内。
[0009]所述反应釜内上下分布的相邻两个坩祸中，位于上方的坩祸的连通管延伸至位于下方的坩祸内的溶液的液面上方或者液面下方。
[0010]所述同一坩祸上设置至少一个连通管。
[0011]晶种模版是蓝宝石衬底、碳化硅衬底或者硅衬底；或者是晶种模版上衬底氮化物薄膜的复合衬底；或是氮化物自支撑衬底。
[0012]所述坩祸内设置至少一片晶种模板。
[0013]所述环流通道设置在反应釜内部。
[0014]所述环流通道设置在反应釜外部。
[0015]本实用新型通过在反应釜内设置多个坩祸，且各个坩祸呈垂直上下分布，在晶体生长过程中，反应釜上部坩祸的底部，其反应后低N浓度生长溶液经连通管至处于反应釜下部的坩祸内生长溶液气液界面，重新溶解气氛中的N而成为高N浓度生长溶液。通过本实用新型设计的连通坩祸底部与气液界面的溶液通道，在外加驱动力的作用下，形成溶液循环。最终，各坩祸内气液界面高N浓度生长溶液向底部的晶种模版附近移动，从而促进氮化物单晶的生长。
【附图说明】
[0016]附图1为本实用新型剖开结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
[0018]如附图1所示，本实用新型揭示了一种生长III族氮化物晶体的装置，包括反应釜1，反应釜I内设有至少两个由上往下分布的坩祸2，坩祸2内底部设有晶种模板5，位于反应釜I最下部的坩祸2通过环流通道31与位于反应釜I最上部的坩祸2相连通，环流通道31内设有溶液驱动器32，上下分布的相邻的两个坩祸通过连通管23相互连通。各个坩祸通常是垂直上下排列分布。环流通道可设置在反应釜内部，或者设置在反应釜外部，若设置在反应釜外部，则在反应釜的侧壁上相应的开设通孔，该环流通道可由一管道构成。环流通道内的溶液驱动器，如为循环栗，将底部的溶液循环至反应釜上部。在本实施例中，环流通道设置在反应釜的内部，且该环流通道与反应釜内的最下部的坩祸的底部连接，然后向下延伸至反应釜内的最上部的坩祸的内。连通管通常设置在坩祸的底部，如本实施例中的设置方式。在需要的时候，也可以将连通管设置在坩祸的侧壁。坩祸内的溶液经该连通管排出。当然，坩祸底部可只设置一个连通管，也可以同时设置两个或者更多个的连通管。
[0019]此外，反应釜I内上下分布的相邻两个坩祸中，位于上方的坩祸的连通管延伸至位于下方的坩祸内。实际使用时，坩祸内都会填充溶液，因此，该连通管可延伸至坩祸内的溶液的液面上方，也可以位于坩祸内的溶液的液面下方。
[0020]另外，晶种模版5是蓝宝石衬底、碳化硅衬底或者硅衬底；或者是晶种模版上衬底氮化物薄膜的复合衬底；或是氮化物自支撑衬底。并且同一个坩祸内可设置一片晶种模板，或者两片或者更多片晶种模板。
[0021]如附图1所示，为在反应釜内设置两个坩祸的形式，将反应釜上部的坩祸定义为上坩祸，反应釜下部的坩祸定义为下坩祸。此处定义只是为了方便描述，并无其他限定。坩祸内填充有晶体生长溶液。上坩祸底面设置有两个连通管，其中一个连通管延伸至下坩祸内的溶液的液面下方，另外一个连通管则位于下坩祸内的溶液的液面上方。环流通道一端接在下坩祸的底面、另一端延伸至上坩祸内。
[0022]在进行氮化物晶体生长时，首先在上坩祸和下坩祸的内部放置晶种模板和原材料，然后再将两个坩祸按照排列顺序放置在反应釜内。密闭反应釜I ;将反应釜升温加压至预定生长条件，原材料熔化为生长溶液4 ;开启溶液驱动器32，上坩祸21内气液界面较高N浓度溶液流至晶种模版附近，促进晶体生长，反应后的溶液N浓度降低，该反应后的溶液经连通管23流至下坩祸22的气液界面，从新溶解N而成为较高N浓度溶液，紧接着，该较高N浓度溶液流至下坩祸22的晶种模版附近，促进晶体生长。在溶液驱动器32的驱动力作用下，下坩祸22内晶种模版附近反应后的溶液经环流通道31环流至上坩祸21的气液界面从新溶解N，提高该部分溶液的含N浓度。如此循环，上坩祸21和下坩祸22内的晶种模版5附近一直被较高N浓度的溶液4包围。晶体达到目标厚度后，对反应釜I降温降压并排除废液，取出晶体。
[0023]需要说明的是，以上所述并非是对本实用新型技术方案的限定，在不脱离本实用新型的创造构思的前提下，任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种生长III族氮化物晶体的装置，包括反应釜，其特征在于，所述反应釜内设有至少两个由上往下分布的坩祸，坩祸内底部设有晶种模板，位于反应釜最下部的坩祸通过环流通道与位于反应釜最上部的坩祸相连通，环流通道内设有溶液驱动器，上下分布的相邻的两个坩祸通过连通管相互连通。2.根据权利要求1所述的生长III族氮化物晶体的装置，其特征在于，所述连通管设置在坩祸的底部。3.根据权利要求1所述的生长III族氮化物晶体的装置，其特征在于，所述连通管设置在坩祸的侧壁。4.根据权利要求1或2或3所述的生长III族氮化物晶体的装置，其特征在于，所述反应釜内上下分布的相邻两个坩祸中，位于上方的坩祸的连通管延伸至位于下方的坩祸内。5.根据权利要求4所述的生长III族氮化物晶体的装置，其特征在于，所述反应釜内上下分布的相邻两个坩祸中，位于上方的坩祸的连通管延伸至位于下方的坩祸内的溶液的液面上方或者液面下方。6.根据权利要求5所述的生长III族氮化物晶体的装置，其特征在于，所述同一坩祸上设置至少一个连通管。7.根据权利要求6所述的生长III族氮化物晶体的装置，其特征在于，晶种模版是蓝宝石衬底、碳化硅衬底或者硅衬底；或者是晶种模版上衬底氮化物薄膜的复合衬底；或是氮化物自支撑衬底。8.根据权利要求7所述的生长III族氮化物晶体的装置，其特征在于，所述坩祸内设置至少一片晶种模板。9.根据权利要求1或2或3所述的生长III族氮化物晶体的装置，其特征在于，所述环流通道设置在反应釜内部。10.根据权利要求1或2或3所述的生长III族氮化物晶体的装置，其特征在于，所述环流通道设置在反应釜外部。
【专利摘要】本实用新型公开了一种生长Ⅲ族氮化物晶体的装置，包括反应釜，所述反应釜内设有至少两个由上往下分布的坩埚，坩埚内底部设有晶种模板，位于反应釜最下部的坩埚通过环流通道与位于反应釜最上部的坩埚相连通，环流通道内设有溶液驱动器，上下分布的相邻的两个坩埚通过连通管相互连通，上方坩埚的连通管延伸至下方坩埚的内部，环流通道设置在反应釜内部或者反应釜外部。本实用新型通过设置多个垂直方向上布局和驱动环流的坩埚，各坩埚内气液界面高N浓度生长溶液向底部的晶种模版附近移动，从而促进氮化物单晶的生长。
【IPC分类】C30B9/00, C30B29/40
【公开号】CN204939659
【申请号】CN201520648634
【发明人】陈蛟, 李成明, 刘南柳, 巫永鹏
【申请人】北京大学东莞光电研究院
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年8月26日