[发明专利]高质量氮化镓体单晶及其生长方法和制备系统

说明书

本发明公开了一种高质量氮化镓体单晶及其生长方法和制备系统。所述方法包括：先在籽晶上生长形成高掺杂氮化镓层，之后在所述高掺杂氮化镓层上进行三维岛状氮化镓以及二维氮化镓的生长。本发明实施例提供的一种利用助熔剂法生长高质量、无裂纹氮化镓体单晶的方法，通过控制生长条件依次进行高掺氮化镓层以及三维岛状氮化镓、二维氮化镓的生长，从而较好地释放助熔剂法氮化镓和HVPE籽晶界面之间由于晶格失配导致的应力，避免氮化镓单晶生长过程中产生裂纹。

技术领域

本发明涉及一种氮化镓体单晶的生长方法，特别涉及一种高质量氮化镓体单晶及其生长方法和制备系统，属于半导体技术领域。

背景技术

氮化镓作为第三代半导体材料，具备优异的物理性能，在光电子器件有着巨大的潜力，已经吸引了人们广泛的关注。助熔剂法(Na Flux method)获得氮化镓(GaN)单晶的生长技术是目前国际上公认的获得低成本、高质量、大尺寸氮化镓体单晶的生长方法之一。

氮化镓体单晶的一般生长过程为：选取适当原料（主要为金属镓、金属钠、碳添加剂等）成分配比，将装有生长原料和氮化镓籽晶的坩埚置于生长炉中，在一定生长温度、生长压力的氮气氛围，通过控制不同的生长时间，在氮化镓籽晶上液相外延获得不同厚度的氮化镓体单晶。但是，在助熔剂法生长氮化镓体单晶过程中，氮化镓单晶不断长大长厚，其内部应力不断积累，当应力达到一定程度，氮化镓单晶会由于应力过高而产生裂纹，裂纹将不利于高质量氮化镓单晶的获得。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高质量氮化镓体单晶及其生长方法和制备系统，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种助熔剂法生长高质量氮化镓体单晶的方法，其包括：先在籽晶上生长形成高掺杂氮化镓层，之后在所述高掺杂氮化镓层上进行三维岛状氮化镓以及二维氮化镓的生长。

本发明实施例还提供了由所述方法制备的高质量氮化镓体单晶。

本发明实施例还提供了一种氮化镓体单晶的制备系统，应用于所述方法中，所述制备系统包括：

液相外延生长装置，其具有反应室，所述反应室能够容置包含金属镓、碱金属、氮化碳添加剂和籽晶的生长反应体系；

氮气供给系统，包括氮气气源、氮气管路和氮气气压控制单元，所述氮气气源通过氮气管路与所述反应室连通，所述氮气气压控制单元用于调控输入所述反应室的氮气压力。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

本发明实施例提供的一种利用助熔剂法生长高质量、无裂纹氮化镓体单晶的方法，通过控制生长条件依次进行高掺氮化镓层以及三维岛状（3D）氮化镓、二维（2D）氮化镓的生长，从而较好地释放助熔剂法氮化镓和HVPE籽晶界面之间由于晶格失配导致的应力，避免氮化镓单晶生长过程中产生裂纹；

本发明实施例提供的一种利用助熔剂法生长高质量、无裂纹氮化镓体单晶的方法能够有效改善晶体质量，从而获得高质量、无裂纹氮化镓体单晶。

附图说明

图1是本发明一典型实施案例提供的一种高质量、无裂纹氮化镓体单晶的生长过程示意图；

图2是晶界合并过程示意图；

图3是本发明对比例2获得的一种氮化镓体单晶的光镜图；

图4是本发明实施例1获得的一种氮化镓体单晶的光镜图；

图5是本发明实施例1获得的一种氮化镓体单晶的拉曼测量结果；

图6是本发明实施例2获得的一种氮化镓体单晶的拉曼测量结果。

实施方式