一種GaN晶體生長(zhǎng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體尤其是GaN晶體技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種GaN晶體生長(zhǎng)
目.ο
【背景技術(shù)】
[0002]以GaN為代表的氮化物正越來(lái)越成為光電子和微電子領(lǐng)域的常見(jiàn)半導(dǎo)體材料。而GaN晶體的生長(zhǎng)方法主要有氫化物氣相外延(Hydride vapor phase epitaxy)、高溫高壓法(High nitrogen pressure solut1n)、鈉流法(Na flux method)和氨熱法(Ammothermalgrowth method)，其中鈉流法和高溫高壓法都采用氮?dú)庾鳛镚aN晶體生長(zhǎng)的氮源，N在氮?dú)夥諊c金屬鎵溶液界面、或者氮?dú)夥諊c金屬鎵/金屬鈉混合溶液的界面處溶解，然后向低N濃度的溶液底部擴(kuò)散，輸送到GaN籽晶的表面成為晶體生長(zhǎng)的氮源。因此，溶液頂部的N濃度高于籽晶處的底部，導(dǎo)致頂部區(qū)域由于N濃度過(guò)飽和而自發(fā)形核成不需要的GaN多晶，產(chǎn)生額外的原材料消耗，嚴(yán)重影響目標(biāo)籽晶處的液相外延生長(zhǎng)(參閱文獻(xiàn)1:M.Morishita et al., Journal of Crystal Growth 270, (2004) 402)。當(dāng)然，一些方法已經(jīng)用于解決底部溶液N濃度過(guò)低的問(wèn)題，像溫度梯度產(chǎn)生溶液熱對(duì)流(參閱文獻(xiàn)2:中國(guó)專(zhuān)利CN 103603031 A)及溶液攪拌使N分布均勻(參閱文獻(xiàn)3:中國(guó)專(zhuān)利CN 1922345A)等，但還是存在生長(zhǎng)溶液底部N濃度低于頂部溶液的現(xiàn)象，阻礙了 GaN晶體的生長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種GaN晶體生長(zhǎng)裝置，利用漂浮體帶著GaN籽晶漂浮在生長(zhǎng)溶液上，使GaN籽晶在生長(zhǎng)溶液頂部區(qū)域的N過(guò)飽和溶液下高速率高質(zhì)量生長(zhǎng)。
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案:
[0005]一種GaN晶體生長(zhǎng)裝置，包括高壓釜，該高壓釜內(nèi)裝設(shè)有坩禍，該坩禍內(nèi)填充有晶體生長(zhǎng)溶液，坩禍內(nèi)放置有位于晶體生長(zhǎng)溶液內(nèi)的GaN籽晶，所述坩禍內(nèi)設(shè)有浮在晶體生長(zhǎng)溶液上的漂浮體，GaN籽晶生長(zhǎng)面的背面與該漂浮體連接，漂浮體帶著GaN籽晶漂浮在晶體生長(zhǎng)溶液上。
[0006]所述漂浮體為密度小于晶體生長(zhǎng)溶液的實(shí)心體或空心體。
[0007]所述漂浮體為密度大于晶體生長(zhǎng)溶液的空心體。
[0008]所述漂浮體的空心部位填充有密度小于晶體生長(zhǎng)溶液的材料。
[0009]所述GaN籽晶采用鍵合的方式鍵合在漂浮體上實(shí)現(xiàn)相互連接，或者GaN籽晶采用外延的方式直接在漂浮體上生成實(shí)現(xiàn)相互連接。
[0010]所述GaN籽晶生長(zhǎng)面的背面的面積大于或小于或等于漂浮體上與該GaN籽晶生長(zhǎng)面的背面連接接觸的面的面積。
[0011]所述晶體生長(zhǎng)溶液為純鎵溶液，或者鎵占一定百分比的混合溶液，漂浮體為藍(lán)寶石、BN或 Y203。
[0012]所述晶體生長(zhǎng)溶液為純鎵溶液，或者鎵占一定百分比的混合溶液，漂浮體為鉑、氮化鎵或鐵鉻合金。
[0013]本發(fā)明通過(guò)漂浮體帶著GaN籽晶漂浮于高N濃度生長(zhǎng)溶液頂部區(qū)域，GaN晶體可在生長(zhǎng)溶液頂部區(qū)域的N過(guò)飽和溶液下高速率高質(zhì)量生長(zhǎng)，相對(duì)于傳統(tǒng)的低N濃度生長(zhǎng)溶液底部區(qū)域GaN晶體生長(zhǎng)，頂部區(qū)域不僅為GaN晶體生長(zhǎng)提供了豐沛的N源而快速生長(zhǎng)，而且還有利于避免生長(zhǎng)溶液頂部區(qū)域GaN自發(fā)形核產(chǎn)生多晶的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0014]附圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]附圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例二的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]附圖標(biāo)記:
[0017]11:高壓釜；12 甘禍；2、晶體生長(zhǎng)溶液；31:GaN籽晶；32:實(shí)施例一中的低密度的漂浮體；33:實(shí)施例二中的高密度的漂浮體。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
[0019]實(shí)施例一，如附圖1所示，一種GaN晶體生長(zhǎng)裝置，包括高壓釜11，該高壓釜11內(nèi)裝設(shè)有坩禍12，該坩禍12內(nèi)填充有晶體生長(zhǎng)溶液2，坩禍12內(nèi)放置有位于晶體生長(zhǎng)溶液內(nèi)的GaN籽晶31，坩禍12內(nèi)設(shè)有浮在晶體生長(zhǎng)溶液2上的低密度漂浮體32，該低密度漂浮體32為密度小于晶體生長(zhǎng)溶液2的實(shí)心體或空心體，GaN籽晶31生長(zhǎng)面的背面與該低密度漂浮體32連接，低密度漂浮體32帶著GaN籽晶31漂浮在晶體生長(zhǎng)溶液2上。晶體生長(zhǎng)溶液2為純鎵溶液，或者鎵占一定百分比的混合溶液，低密度漂浮體32為藍(lán)寶石、BN或Y2O3等密度小于晶體生長(zhǎng)溶液2的材料。高壓釜輸入有氮?dú)?，此為公知常識(shí)，在此不再詳細(xì)贅述。
[0020]設(shè)置正常的生長(zhǎng)條件，鎵鈉原料由固體變成晶體生長(zhǎng)溶液2，此時(shí)，GaN籽晶31由于低密度漂浮體32所受浮力對(duì)GaN籽晶31產(chǎn)生向上的拉力及其本身所受向上的浮力的共同作用，使得GaN籽晶31漂浮在晶體生長(zhǎng)溶液2的頂部區(qū)域，而由于晶體生長(zhǎng)溶液的頂部區(qū)域?yàn)楦逳濃度生長(zhǎng)溶液區(qū)域，從而使得GaN晶體處于高N濃度生長(zhǎng)溶液區(qū)域中，從而開(kāi)始高速率高質(zhì)量的生長(zhǎng)。
[0021]實(shí)施例二，一種GaN晶體生長(zhǎng)裝置，包括高壓釜11，該高壓釜11內(nèi)裝設(shè)有坩禍12，該坩禍12內(nèi)填充有晶體生長(zhǎng)溶液2，坩禍12內(nèi)放置有位于晶體生長(zhǎng)溶液內(nèi)的GaN籽晶31，坩禍12內(nèi)設(shè)有浮在晶體生長(zhǎng)溶液2上的高密度漂浮體33，該高密度漂浮體33為密度大于晶體生長(zhǎng)溶液的空心體，還可以在該高密度漂浮體33的空心部分填充入密度小于晶體生長(zhǎng)溶液的材料。GaN籽晶31生長(zhǎng)面的背面與該高密度漂浮體33連接，高密度漂浮體33帶著GaN籽晶31漂浮在晶體生長(zhǎng)溶液2上。晶體生長(zhǎng)溶液為純鎵溶液，或者鎵占一定百分比的混合溶液，漂浮體為鉑、氮化鎵或鐵鉻合金。高壓釜輸入有氮?dú)?，此為公知常識(shí)，在此不再詳細(xì)贅述。
[0022]同實(shí)施例一，本實(shí)施例二中，依靠漂浮體帶著GaN籽晶漂浮在晶體生長(zhǎng)溶液2的頂部區(qū)域，而由于晶體生長(zhǎng)溶液的頂部區(qū)域?yàn)楦逳濃度生長(zhǎng)溶液區(qū)域，從而使得GaN晶體處于高N濃度生長(zhǎng)溶液區(qū)域中，從而開(kāi)始高速率高質(zhì)量的生長(zhǎng)。
[0023]此外，對(duì)于GaN籽晶與漂浮體的具體連接方式，GaN籽晶采用鍵合的方式鍵合在漂浮體上實(shí)現(xiàn)相互連接，或者GaN籽晶采用外延的方式直接在漂浮體上生成實(shí)現(xiàn)相互連接，從而使得GaN籽晶與漂浮體穩(wěn)固連接。GaN籽晶生長(zhǎng)面的背面的面積大于或小于或等于漂浮體上與該GaN籽晶生長(zhǎng)面的背面連接接觸的面的面積。
[0024]需要說(shuō)明的是，以上所述并非是對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的限定，在不脫離本實(shí)用新型的創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，任何顯而易見(jiàn)的替換均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種GaN晶體生長(zhǎng)裝置，包括高壓蓋，該高壓釜內(nèi)裝設(shè)有坩禍，該坩禍內(nèi)填充有晶體生長(zhǎng)溶液，坩禍內(nèi)放置有位于晶體生長(zhǎng)溶液內(nèi)的GaN籽晶，其特征在于，所述坩禍內(nèi)設(shè)有浮在晶體生長(zhǎng)溶液上的漂浮體，GaN籽晶生長(zhǎng)面的背面與該漂浮體連接，漂浮體帶著GaN籽晶漂浮在晶體生長(zhǎng)溶液上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN晶體生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述漂浮體為密度小于晶體生長(zhǎng)溶液的實(shí)心體或空心體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN晶體生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述漂浮體為密度大于晶體生長(zhǎng)溶液的空心體。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的GaN晶體生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述漂浮體的空心部位填充有密度小于晶體生長(zhǎng)溶液的材料。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的GaN晶體生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述GaN籽晶采用鍵合的方式鍵合在漂浮體上實(shí)現(xiàn)相互連接，或者GaN籽晶采用外延的方式直接在漂浮體上生成實(shí)現(xiàn)相互連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的GaN晶體生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述GaN籽晶生長(zhǎng)面的背面的面積大于或小于或等于漂浮體上與該GaN籽晶生長(zhǎng)面的背面連接接觸的面的面積。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的GaN晶體生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述晶體生長(zhǎng)溶液為純鎵溶液，或者鎵占一定百分比的溶液，漂浮體為藍(lán)寶石、BN或Y203。8.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的GaN晶體生長(zhǎng)裝置，其特征在于，所述晶體生長(zhǎng)溶液為純鎵溶液，或者鎵占一定百分比的混合溶液，漂浮體為鉑、氮化鎵或鐵鉻合金。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種GaN晶體生長(zhǎng)裝置，包括高壓釜，該高壓釜內(nèi)裝設(shè)有坩堝，該坩堝內(nèi)填充有晶體生長(zhǎng)溶液，坩堝內(nèi)放置有位于晶體生長(zhǎng)溶液內(nèi)的GaN籽晶，所述坩堝內(nèi)設(shè)有浮在晶體生長(zhǎng)溶液上的漂浮體，GaN籽晶生長(zhǎng)面的背面與該漂浮體連接，漂浮體利用浮力帶著GaN籽晶漂浮在晶體生長(zhǎng)溶液上。本實(shí)用新型通過(guò)使GaN籽晶漂浮于高N濃度生長(zhǎng)溶液頂部區(qū)域,GaN晶體可在生長(zhǎng)溶液頂部區(qū)域的N過(guò)飽和溶液下高速率高質(zhì)量生長(zhǎng)，相對(duì)于傳統(tǒng)的低N濃度生長(zhǎng)溶液底部區(qū)域GaN晶體生長(zhǎng)，頂部區(qū)域不僅為GaN晶體生長(zhǎng)提供了豐沛的N源而快速生長(zhǎng)，而且還有利于避免生長(zhǎng)溶液頂部區(qū)域GaN自發(fā)形核產(chǎn)生多晶的問(wèn)題。
【IPC分類(lèi)】C30B29/40, C30B35/00
【公開(kāi)號(hào)】CN204714948
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520345573
【發(fā)明人】陳蛟, 李成明, 劉南柳, 巫永鵬, 羅睿宏, 李順?lè)? 張國(guó)義
【申請(qǐng)人】北京大學(xué)東莞光電研究院
【公開(kāi)日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年5月26日