一种气液相混合生长氮化镓单晶的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种气液相混合生长氮化镓单晶的装置，包括密闭腔体、用于盛放镓的容器、加热机构和等离子发生器，容器放置在密闭腔体中，镓放置在容器中，加热机构位于容器的底部和顶部使镓处于熔融状态，等离子发生器位于密闭腔体的外部，等离子发生器与密闭腔体连通。密闭腔体的一侧设有与等离子发生器连通的等离子体入口，另一侧设有等离子体出口，氮放置在等离子发生器中产生氮基等离子体，氮基等离子体通过等离子体入口进入到密闭腔体中。本实用新型专利技术采用气液结合的生长方式生长氮化镓单晶，采用等离子体的形式提供高反应活性的氮源，由熔融方式得到液态镓源，克服了液相生长需要跨越的高的氮气活化势垒，以及气相生长在远离准平衡态生长的缺点。在远离准平衡态生长的缺点。在远离准平衡态生长的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种气液相混合生长氮化镓单晶的装置


[0001]本技术属于氮化镓单晶
，具体涉及一种气液相混合生长氮化镓单晶的装置。

技术介绍

[0002]氮化镓是一类第三代化合物半导体材料，具有宽带隙、高击穿场强、高载流子饱和电子迁移率等优点，在蓝绿光发光二极管、高迁移率晶体管等应用中扮演着重要的角色。高效高质量的氮化镓单晶的制备是氮化镓大规模应用的关键。
[0003]当前氮化镓晶体的生长分为液相法和气相法。液相法包括高压法、氨热法和助熔剂法，需要高的温度和压强来获得熔融状态的氮源和镓源并且抑制氮化镓的分解。气相生长法包括氢化物气相外延、金属有机化学气相沉积法以及分子束外延法，生长过程中需要昂贵的外延衬底，同时作为非平衡生长过程，外延晶体的质量以及生长速率有待提高。
[0004]目前液相生长氮化镓单晶的方法包括高压法，助熔法和氨热法。其中，高压法(典型值：温度1500℃，压强1GPa)和助融法(典型值：温度700℃，压强5MPa)是利用氮的前驱体在液态的金属镓中的溶解和反应实现氮化镓晶体的生长，需要几百到上千摄氏度的高温和数百兆帕到数千兆帕的压强。氨热法是利用镓和液氨放置在密闭容器中，进行加热以达到的高压超临界状态，调控氮化镓生长的热力学行为来晶体生长，密闭容器超高压强带来安全性问题与能耗问题，同时液氨中氢离子的残余会影响质量。在气相生长中，由于晶体生长过程远离平衡状态，因此晶体生长过程中形成的位错等缺陷不能有效消除，限制了晶体的质量。

技术实现思路

[0005]本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，为此，本技术的目的在于提供一种结构简单、使用方便安全的气液相混合生长氮化镓单晶的装置，与传统液相法相比，可以在更低的温度，更低的压强下进行氮化镓晶体的生长，与传统的气相法相比，在准平衡态下生长可以获得更高的晶体质量。
[0006]为实现上述目的，本技术的技术方案为：一种气液相混合生长氮化镓单晶的装置，包括密闭腔体、用于盛放镓的容器、加热机构和等离子发生器，所述容器放置在密闭腔体中，镓放置在容器中，加热机构位于容器的底部和顶部使镓处于熔融状态，等离子发生器位于密闭腔体的外部，等离子发生器与密闭腔体连通。
[0007]进一步的，所述密闭腔体的一侧设有与等离子发生器连通的等离子体入口，密闭腔体的另一侧设有等离子体出口，氮放置在等离子发生器中产生氮基等离子体，氮基等离子体通过等离子体入口进入到密闭腔体中。
[0008]进一步的，所述装置还包括用于产生电场的电极板，电极板位于密闭腔体中，电极板与电源连接，容器放置在电极板形成的电场中。
[0009]进一步的，所述电极板包括电极板Ⅰ和电极板Ⅱ，电极板Ⅰ与电极板Ⅱ上下平行设
置，电极板Ⅰ接地形成低电位极板，电极板Ⅱ接正电压形成高电位电极板。
[0010]进一步的，所述容器放置在电极板Ⅰ上，加热机构设置在电极板Ⅰ的下方，氮基等离子体为氮正离子在电极板产生的电场驱动下向容器中的液态镓扩散。
[0011]进一步的，所述电极板Ⅱ与电极板Ⅰ之间的压降范围为10V
‑
20V。
[0012]进一步的，所述加热机构包括加热线圈、用于检测容器底部温度的传感器Ⅰ、用于检测容器顶部温度的传感器Ⅱ和PLC控制器，加热线圈设置在容器的顶部对容器的顶部进行加热，传感器Ⅰ位于容器的底部，传感器Ⅱ位于容器的顶部，加热线圈、传感器Ⅰ和传感器Ⅱ均与PLC控制器电连接，容器底部温度低于其顶部温度10℃
‑
50℃。
[0013]进一步的，所述密闭腔体的压强为10Pa～1000Pa，温度为30℃
‑
500℃，氮基等离子体在密闭腔体的外部产生并通过扩散、漂移等方式进入密闭腔体内部。
[0014]进一步的，产生所述氮基等离子体的氮源包括氮气、氨气、液氨、氮基含碳化合物、氮氧化合物，氮基等离子体的产生方式包括微波放电法、直流放电法、辉光放电法、电弧放电法；氮基等离子体的温度范围为40℃～500℃。
[0015]采用本技术技术方案的优点为：
[0016]1、本技术气液相混合生长氮化镓单晶的装置的应用，使得氮化镓单晶在氮化镓的分解温度以下进行生长，解决了高温下需要高压强来抑制氮化镓分解的问题，因而反应腔体不需要高压条件。通过等离子体的形式来获得高活性的氮源，避免了通过热方法断裂氮氮键的高温条件。通过液相析出，使得晶体在准平衡态下生长，避免了气相生长中非平衡态造成了高位错密度。最终能够实现在非高压，相对低温条件下获得的。与传统液相法相比，可以在更低的温度，更低的压强下进行氮化镓晶体的生长。与传统的气相法相比，在准平衡态下生长可以获得更高的晶体质量。
[0017]2、本技术采用气液结合的生长方式生长氮化镓单晶，采用等离子体的形式提供高反应活性的氮源，由熔融方式得到液态镓源，克服了液相生长需要跨越的高的氮气活化势垒，以及气相生长在远离准平衡态生长的缺点。
附图说明
[0018]下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明：
[0019]图1为本技术结构示意图。
[0020]上述图中的标记分别为：1
‑
密闭腔体；2
‑
容器；3
‑
电极板；31
‑
电极板Ⅰ；32
‑
电极板Ⅱ。
具体实施方式
[0021]在本技术中，需要理解的是，术语“长度”；“宽度”；“上”；“下”；“前”；“后”；“左”；“右”；“竖直”；“水平”；“顶”；“底”“内”；“外”；“顺时针”；“逆时针”；“轴向”；“平面方向”；“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位；以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0022]如图1所示，一种气液相混合生长氮化镓单晶的装置，包括密闭腔体1、用于盛放镓的容器2、加热机构和等离子发生器，所述容器2放置在密闭腔体1中，镓放置在容器2中，加
热机构位于容器2的底部和顶部使镓处于熔融状态，等离子发生器位于密闭腔体1的外部，等离子发生器与密闭腔体1连通。密闭腔体1的一侧设有与等离子发生器连通的等离子体入口11，密闭腔体1的另一侧设有等离子体出口12，氮放置在等离子发生器中产生氮基等离子体，氮基等离子体通过等离子体入口11进入到密闭腔体1中。本技术采用气液结合的生长方式生长氮化镓单晶，采用等离子体的形式提供高反应活性的氮源，由熔融方式得到液态镓源，克服了液相生长需要跨越的高的氮气活化势垒，以及气相生长在远离准平衡态生长的缺点。
[0023]气液相混合生长氮化镓单晶的装置还包括用于产生电场的电极板3，电极板3位于密闭腔体1中，电极板3与电源连接，容器2放置在电极板3形成的电场中。电极板3包括电极板Ⅰ31和电极板Ⅱ32，电极板Ⅰ31与电极板Ⅱ32上下平行设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气液相混合生长氮化镓单晶的装置，其特征在于：包括密闭腔体(1)、用于盛放镓的容器(2)、加热机构和等离子发生器，所述容器(2)放置在密闭腔体(1)中，镓放置在容器(2)中，加热机构位于容器(2)的底部和顶部使镓处于熔融状态，等离子发生器位于密闭腔体(1)的外部，等离子发生器与密闭腔体(1)连通。2.如权利要求1所述的一种气液相混合生长氮化镓单晶的装置，其特征在于：所述密闭腔体(1)的一侧设有与等离子发生器连通的等离子体入口(11)，密闭腔体(1)的另一侧设有等离子体出口(12)，氮放置在等离子发生器中产生氮基等离子体，氮基等离子体通过等离子体入口(11)进入到密闭腔体(1)中。3.如权利要求2所述的一种气液相混合生长氮化镓单晶的装置，其特征在于：所述装置还包括用于产生电场的电极板(3)，电极板(3)位于密闭腔体(1)中，电极板(3)与电源连接，容器(2)放置在电极板(3)形成的电场中。4.如权利要求3所述的一种气液相混合生长氮化镓单晶的装置，其特征在于：所述电极板(3)包括电极板Ⅰ(31)和电极板Ⅱ(32)，电极板Ⅰ(31)与电极板Ⅱ(32)上下平行设置，电极板Ⅰ(31)接地形成低电位极板，电极板Ⅱ(32)接正电压形成高电位电极板。5.如权利要求4所述的一种气液相混合生长氮化镓单晶的装置，其特征在于：所述容器(2)放置在电极板Ⅰ(31)上，加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：囤冠华，赵海明，王敬，任天令，袁松，钮应喜，单卫平，赵清，
申请(专利权)人：芜湖启迪半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：