一種氮化物單晶生長(zhǎng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種氮化物單晶生長(zhǎng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，3B族氮化物由于發(fā)光性能優(yōu)異，在發(fā)光領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價(jià)值。氮化鎵作為3B族氮化物的代表材料之一，具有帶隙寬、熱導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在高頻大功率器件等應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的前景。
[0003]目前，商業(yè)化制備氮化鎵半導(dǎo)體材料的主要方法是氫化物氣相外延法(HVPE)，雖然生長(zhǎng)速率較高，但晶體質(zhì)量仍有待于進(jìn)一步提高。為提高晶體質(zhì)量，研宄者致力于研宄其他氮化鎵單晶生長(zhǎng)方法，如高溫高壓法(HPNS)、鈉流法(Na Flux)和氨熱法(Ammothermalgrowth)等。相比較其他方法，鈉流法的生長(zhǎng)條件相對(duì)溫和且晶體質(zhì)量較高，具有較大的應(yīng)用前景。
[0004]最新研宄表明，通過局部加熱方式，在溶液內(nèi)部不同區(qū)域之間產(chǎn)生較大溫差，可在不同溫度區(qū)域之間產(chǎn)生熱對(duì)流，但由于是局部加熱，使得溶液的流向沒有定性，即該對(duì)流是無序的，這種無序的熱對(duì)流難以生長(zhǎng)高質(zhì)量的氮化鎵單晶。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種氮化物單晶生長(zhǎng)裝置，能夠引導(dǎo)溶液進(jìn)行定向流動(dòng)，規(guī)整了無序的熱對(duì)流，產(chǎn)生有序、可控的熱對(duì)流。
[0006]為了解決上述技術(shù)方案，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
一種氮化物單晶生長(zhǎng)裝置，包括反應(yīng)釜，該反應(yīng)釜內(nèi)填充有溶液，反應(yīng)釜內(nèi)底部設(shè)有晶種模板，所述反應(yīng)釜內(nèi)部設(shè)置有完全浸沒在溶液中的引導(dǎo)溶液定向流動(dòng)的溶液流向引導(dǎo)裝置，反應(yīng)釜底面和側(cè)壁周圍均設(shè)有加熱器。
[0007]所述溶液流向引導(dǎo)裝置為中空管體，該中空管體底部固定在反應(yīng)釜底面，該中空管體側(cè)壁下部設(shè)有導(dǎo)通孔。
[0008]所述中空管體的側(cè)壁上沿該中空管體的軸線對(duì)稱設(shè)置有導(dǎo)通孔。
[0009]所述中空管體的形狀包括但不限于圓管狀、方管狀、錐臺(tái)狀。
[0010]所述中空管體上的導(dǎo)通孔的形狀包括但不限于圓形、方形、橢圓形、棱形。
[0011]所述反應(yīng)釜側(cè)壁周圍設(shè)置的加熱器包括上下分布的上加熱器和下加熱器。
[0012]所述加熱器的加熱方式包括但不限于電阻加熱方式、射頻加熱方式、紅外加熱方式。
[0013]所述晶種模板是藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、硅襯底或者硅鍺襯底；或者是相應(yīng)的氮化物自支撐襯底；或者是生長(zhǎng)于異質(zhì)襯底上的氮化物復(fù)合襯底；所述襯底是c面、非極性面或半極性面。
[0014]所述晶種模板為水平放置；或者是豎直放置；或者與水平方向呈一定角度放置。
[0015]本發(fā)明通過在反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置溶液流向引導(dǎo)裝置，規(guī)整了無序的熱對(duì)流，產(chǎn)生有序、可控的熱對(duì)流，在不需要攪拌葉片和復(fù)雜的加熱系統(tǒng)的情況下，實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)的有序流動(dòng)，帶動(dòng)反應(yīng)釜內(nèi)的溶液上表面高濃度的N充分參與反應(yīng)。形成的晶體缺陷少、厚度均勻，且生長(zhǎng)速度有效提尚。并且具有以下優(yōu)點(diǎn)。
[0016]1.形成了有序?qū)α?，使溶液上表面高濃度N充分進(jìn)入溶液內(nèi)部參與反應(yīng)，降低晶體N空位等缺陷，晶體質(zhì)量高。
[0017]2.使溶液形成可控對(duì)流，可調(diào)控流速及流向，有利于降低晶體表面骼晶現(xiàn)象，提尚晶體厚度均勾性。
[0018]3.有序、可控對(duì)流一方面增大了晶體生長(zhǎng)速度，另一方面降低了氣液界面多晶層，有效提尚反應(yīng)物利用率。
[0019]4.流向引導(dǎo)裝置安置方便，形狀可變，參數(shù)可調(diào)，可以應(yīng)對(duì)各種實(shí)際生產(chǎn)要求，作出相應(yīng)調(diào)整。
【附圖說明】
[0020]附圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的溶液流向狀態(tài)示意圖；
附圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中晶種模板的設(shè)置結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖3為本發(fā)明實(shí)施例一的溶液流向引導(dǎo)裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖4為本發(fā)明實(shí)施例二的溶液流向狀態(tài)示意圖；
附圖5為本發(fā)明實(shí)施例二的溶液流向引導(dǎo)裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖6為本發(fā)明溶液引導(dǎo)裝置的另一實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖7為本發(fā)明溶液引導(dǎo)裝置的另一實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖8為本發(fā)明溶液引導(dǎo)裝置的另一實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0022]如附圖1和2所示，本發(fā)明揭示了一種氮化物單晶生長(zhǎng)裝置，包括反應(yīng)釜，該反應(yīng)釜內(nèi)填充有溶液，反應(yīng)釜內(nèi)底部設(shè)有晶種模板，反應(yīng)釜內(nèi)部設(shè)置有完全浸沒在溶液中的引導(dǎo)溶液定向流動(dòng)的溶液流向引導(dǎo)裝置，反應(yīng)釜底面和側(cè)壁周圍均設(shè)有加熱器。其中，在反應(yīng)釜的側(cè)壁周圍可設(shè)置多個(gè)加熱器，如由上往下設(shè)置至少兩個(gè)加熱器，并且該兩個(gè)加熱器通常都是間隔設(shè)置。加熱器可以對(duì)反應(yīng)釜側(cè)面整體加熱；也可以均勻分布在反應(yīng)釜側(cè)面，形成局域化加熱；還可以是在反應(yīng)釜側(cè)面呈上下分布，形成上下分布的區(qū)域化加熱。加熱器的加熱方式包括但不限于電阻加熱方式、射頻加熱方式、紅外加熱方式。反應(yīng)釜底部的加熱器與反應(yīng)釜側(cè)壁的加熱器的加熱溫度可相同或者不同。
[0023]溶液流向引導(dǎo)裝置為中空管體，該中空管體底部固定在反應(yīng)釜底面，該中空管體側(cè)壁下部設(shè)有導(dǎo)通孔，該導(dǎo)通孔設(shè)置有多個(gè)。并且呈對(duì)稱設(shè)置，即中空管體的側(cè)壁上沿該中空管體的軸線對(duì)稱設(shè)置有導(dǎo)通孔。該中空管體可為圓管狀、方管狀或錐臺(tái)狀，或者其他形狀，還可以是中間部位較窄而上部和下部較寬，或者中部區(qū)域較寬而上部和下部較窄，或者是其他形式，在此并無限定。導(dǎo)通孔的形狀也可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行靈活設(shè)定，如導(dǎo)通孔為圓形、方形、橢圓形或棱形，或者其他形狀。中空管體不同的形狀，能夠調(diào)控溶液流動(dòng)的方向，而導(dǎo)通孔的形狀和大小，可以調(diào)控溶液進(jìn)入中空管體的流速，對(duì)晶體生長(zhǎng)進(jìn)行可控調(diào)節(jié)。對(duì)于中空管體的高度、大小尺寸，導(dǎo)通孔的大小尺寸，在此并無特殊限定，根據(jù)反應(yīng)釜內(nèi)部空間的大小及溶液的填充程度，并根據(jù)晶體生長(zhǎng)需求可靈活選擇設(shè)定。
[0024]此外，晶種模板是藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、硅襯底或者硅鍺襯底；或者是相應(yīng)的氮化物自支撐襯底；或者是生長(zhǎng)于異質(zhì)襯底上的氮化物復(fù)合襯底；所述襯底是c面、非極性面或半極性面。晶種模板為水平放置；或者是豎直放置；或者與水平方向呈一定角度放置。
[0025]下面以具體的實(shí)施例進(jìn)行說明。
[0026]實(shí)施例一，如附圖1?3所示，溶液流向引導(dǎo)裝置130為中部窄、上部和下部較寬的中空管體，反應(yīng)釜100