[发明专利]一种提高HVPE法生长氮化物均匀性的单晶炉腔体

说明书

技术领域

本发明涉及一种HVPE法生长氮化物用单晶炉，特别涉及一种提高HVPE法生长氮化物均匀性的单晶炉腔体。

背景技术

AlN单晶材料是第三代宽禁带半导体材料，禁带宽度高达6.2eV，其电子迁移率和热导率高，是制作大功率高频器件的理想材料。同时AlN单晶层与器件层AlGaN有着很接近的晶格常数，它也是制作深紫外发射器的理想衬底材料。AlN单晶制备的方法主要有PVT法和HVPE法两种，HVPE方法获得的AlN生长速度较快且晶体质量高，杂质含量低，同时不需要同质籽晶，可以在异质衬底上生长。通常使用的异质衬底主要为蓝宝石和SiC。然而，HVPE方法生长AlN时很容易在反应腔体内部发生预反应，并不是都在衬底表面结晶。这就使得衬底表面沉积的AlN单晶层均匀性大大降低，且随着衬底尺寸的增加均匀性也随之降低。因此，如何控制减少反应腔体内预反应，提高HVPE法生长AlN结晶均匀性就显得十分的重要。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明通过调整腔体内反应气体管路与基座结构使其提高结晶均匀性，具体技术方案是，一种提高HVPE法生长氮化物均匀性的单晶炉腔体，包括盐酸气体管、氨气气体管、载气管和衬底基座，其特征在于：盐酸气体管、氨气气体管从腔体顶端不沿腔体中轴面但与腔体中轴线对称、间距与衬底基座半径相同处插入腔体内且其管出气口处距衬底基座距离为15-18mm，固定于腔体顶端面，一根载气管沿腔体中轴线插入腔体内并固定于腔体顶端面，衬底基座沿中轴线固定于腔体下端且可转动，转动速度为290-310转/min。

本发明的技术效果是，实现了HVPE法生长AlN单晶外延层均匀性的控制，大大减少了腔体内的预反应，提高了AlN的结晶质量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合以HVPE法外延生长AlN单晶、衬底选用2英寸蓝宝石的实施实例进一步说明。

如图1所示，将HVPE法生长氮化物单晶炉的腔体改造为盐酸气体管1、氨气气体管2从腔体顶端不沿腔体中轴面但与腔体中轴线对称、间距与衬底基座4半径相同处插入腔体内且其管出气口处距衬底基座4距离为15mm，固定于腔体顶端面，一根载气管3沿腔体中轴线插入腔体内并固定于腔体顶端面，衬底基座4沿中轴线固定于腔体下端且可转动，转动速度为300转/min，在盐酸气体管1中部的储料腔1-1放入Al颗粒，2英寸蓝宝石衬底置于衬底基座4上，然后按以下步骤进行，

（1）系统清理：抽真空将反应腔体内压力抽到10mbar以下，然后通入载气H₂流量为4000ml/min，将系统压力维持在300mbar；

（2）系统升温：分别将源区和生长区温度升至600℃和1200℃，并稳定10min；

（3）衬底氮化：通入NH₃流量100ml/mim，时间15min；

（4）单晶生长：通入HCl流量15ml/min，NH₃流量100ml/min,生长时间2h；

（5）生长完毕：待生长时间到后关闭反应气体清理系统并降温取片。

对生长后的AlN外延片进行检测，结果单晶均匀性较好。

其原理是AlN结晶反应区的衬底基座4选择高速旋转，衬底基座4表面与反应气路出口处的垂直距离控制在15cm及反应气路的偏心式对称结构，这种生长过程中衬底基座4的高速旋转可以使反应气体在衬底基座4表面均匀混合，同时加快了AlN分子生长中在衬底表面的迁移运动，使得AlN的结晶性更好更均匀。

中轴线处还有一路管路用于载气（N₂或H₂）的进入，通过调节载气流量可以在保证均匀性的同时减少腔体内预反应。