[发明专利]温场下降的高质量氮化物单晶的生长系统

说明书

本发明公开了一种温场下降的高质量氮化物单晶的生长系统。所述生长系统包括：助熔剂法氮化物单晶生长设备和升降机构，所述助熔剂法氮化物单晶生长设备包括可供氮化物单晶生长的生长腔室以及设置在所述生长腔室内的反应容器、第一加热机构和第二加热机构，所述第一加热机构至少用于在所述反应容器内部的第一区域形成第一温区，所述第二加热机构至少用于在所述反应容器内部的第二区域形成第二温区；所述升降机构与所述第一加热机构和第二加热机构中的至少一者传动连接。本发明实施例提供的一种生长系统，温度场随着熔液下降而降低，从而可以保障氮化物单晶的持续高速度生长，且使氮化物单晶的质量均一性更好。

技术领域

本发明涉及一种氮化物单晶生长系统，特别涉及一种温场下降的高质量氮化物单晶的生长系统，属于半导体单晶生长设备技术领域。

背景技术

氮化镓作为第三代半导体核心材料之一，具有禁带宽度大，饱和电子迁移率高，击穿场强高，热导率高，介电常数小，抗辐射性能强，化学稳定性好等优良特性。氮化镓在光学器件和大功率电子器件上都有广泛的应用，如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)和大功率晶体管。目前，生产氮化镓的方法主要有四种，高压熔液法，氢化物气相外延法，氨热法，助熔剂法。但是，高压熔液法，氢化物气相外延法，氨热法和助熔剂法。而助熔剂法作为一种近热力学平衡态下的生长方法，具有诸多优势，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。

通常，助熔剂法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、一定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一定厚度的氮化镓体单晶；然而，在生长过程中，生长熔液液面即气体和熔液界面随之下降。氮化镓生长的高温区和低温区温度梯度随着生长过程中原料的消耗而不断降低，高温区的生长温度控制的区域改变，氮源的溶解度下降，从而使得生长过程氮源在温度梯度/溶解度梯度作用下的传质输运过程受到限制，另外，由于氮化镓生长的温度场分布不均，生长的氮化镓质量不均一，严重影响着助熔剂氮化镓的产业化。现有技术中利用坩埚下降法控制温度梯度，但该方法不可避免地在移动过程中，会对生长原料中产生机械振动，从而对氮化镓生长产生干扰，导致所生长的氮化镓单晶质量均一性较差。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种温场下降的高质量氮化物单晶的生长系统，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温场下降的高质量氮化物单晶的生长系统，包括：助熔剂法氮化物单晶生长设备和升降机构，所述助熔剂法氮化物单晶生长设备包括可供氮化物单晶生长的生长腔室以及设置在所述生长腔室内的反应容器、第一加热机构和第二加热机构，

所述反应容器至少用于承载氮化物单晶生长所需的籽晶和/或衬底以及氮化物单晶生长所需的生长原料，所述第一加热机构和第二加热机构与所述反应容器相配合，所述第一加热机构至少用于在所述反应容器内部的第一区域形成第一温区，所述第二加热机构至少用于在所述反应容器内部的第二区域形成第二温区；所述升降机构与所述第一加热机构和第二加热机构中的至少一者传动连接，并至少用于驱使所述第一加热机构和第二加热机构中的至少一者沿指定方向升降，其中，所述指定方向为熔融态的生长原料的液面下降的方向。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

1)本发明实施例提供的一种温场下降的高质量氮化物单晶的生长系统，结构简单，使用、操作和维护简便，且制备和改装的成本低廉，便于推广和应用。

2)本发明实施例提供的一种温场下降的高质量氮化物单晶的生长系统，通过控制温度场随着熔液下降而降低，从而使反应容器内的高温区的氮源溶解度始终保持在较高的水平，低温区的氮源溶解度始终保持在相对低的状态，从而可以促使反应容器内的生长原料内的有氮源保持高速的传质输运，从而可以保障氮化物单晶的持续高速度生长，且使氮化物单晶的质量均一性更好；