氢化物气相外延法生长III-V族化合物单晶的设备的制作方法

氢化物气相外延法生长iii-v族化合物单晶的设备
技术领域
1.本实用新型涉及一种氢化物气相外延设备，特别涉及一种氢化物气相外延法生长iii-v族化合物单晶的设备，属于半导体外延设备技术领域。


背景技术：

2.第三代半导体材料是以iii-v族化合物(如氮化镓gan)、碳化硅(sic)、金刚石、氧化锌为代表的宽禁带半导体材料，其带隙能可达3.3～5.5ev，与传统的第一代半导体材料硅(si)和锗(ge)、第二代半导体材料砷化镓(gaas)和磷化铟(inp)等相比，第三代半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小等独特的性能，使其在光电子器件、电力电子、射频微波器件、激光器和探测器等方面展现出巨大的应用潜力，是世界各国半导体领域研究的热点。
3.iii-v族化合物单晶(如氮化镓单晶)的生长方法有氢化物气相外延法(hydride vapor phase epitaxy，hvpe)、高压氮气溶液法、氨热法、na助熔剂法等，但是单晶生长技术目前并不成熟，还未达到广泛应用。上述方法之中氨热法易于获得较大尺寸的单晶，有批量化生产iii-v族化合物单晶的潜力。
4.以氢化物气相外延法进行氮化镓生长为例，其反应原理为：
①
ga+hcl
→
gacl+h2、
②
gacl+nh3→
gan(单晶)+hcl+h2，并且hvpe生长过程中会产生大量副产物：
③
gacl+nh3→
gan(多晶)+hcl+h2、
④
2gacl+h2→
ga+2hcl、
⑤
nh3+hcl
→
nh4cl。
5.图1为现有技术中hvpe生长系统的结构以及进行氮化镓单晶生长时反应腔室内副产物沉积示意图。在现有的hvpe生长系统中，除了在衬底片上沉积氮化镓之外，反应腔室内还有很多其他寄生产物，例如，氮化镓多晶、金属镓、氯化铵等；hvpe生长系统反应腔室的主要材质是石英，多晶gan沉积在石英上，会导致石英管道堵塞而影响生长，大量沉积还会导致石英开裂，堵塞和开裂使得系统可工作时间短，频繁的更换石英配件也会导致生产稳定性变差；氯化铵是hvpe尾气系统里面主要的沉积物，常规的hvpe中，氯化铵会沉积在反应腔室内和尾气系统中，多个地方沉积导致清理困难，反应腔室里面沉积的氯化铵还会造成反应腔室内颗粒污染，对生长造成影响。
6.因此，现有的hvpe生长系统中多种寄生物会混合在反应腔室内，会导致反应腔室内的气氛发生变化，从而影响反应腔室的有效反应时间，以及，影响反应腔室的洁净度；并且多种不同物质混合还会导致废弃物处理困难、反应源利用率低等问题。


技术实现要素：

7.本实用新型的主要目的在于提供一种氢化物气相外延法生长iii-v族化合物单晶的方法及设备，以克服现有技术中的不足。
8.为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：
9.本实用新型实施例提供了一种氢化物气相外延法生长iii-v族化合物单晶的方法，其包括：将第一源物质和第二源物质输入反应腔室，所述第一源物质包含iii族元素，所
述第二源物质包含v族元素，通过将反应腔室内第一区域、第二区域、第三区域分别设置为不同温度，使第一源物质与第二源物质在反应腔室的第一区域进行反应生成iii-v族化合物单晶及第一副产物，并使至少部分的第一副产物与未反应的第一源物质在第二区域进行反应生成可回收的iii族元素单质和第二副产物，以及使至少部分的第一副产物和/或至少部分的第二副产物与未反应的第二源物质在第三区域进行反应生成可回收产物。
10.本实用新型实施例还提供了一种氢化物气相外延法生长iii族氮化物单晶的方法，其包括：
11.将iii族元素源、氮源与载气输入hvpe反应腔室内，并依次经过所述反应腔室内的第一区域、第二区域、第三区域，所述第一区域包括iii族氮化物单晶生长区和沿径向包围iii族氮化物单晶生长区的周边区，所述iii族氮化物单晶生长区内分布有衬底，所述iii族元素源包括iii族元素的卤化物，所述氮源包括nh3；
12.将所述iii族氮化物单晶生长区的温度设置为第一温度，以使iii族元素源与氮源在所述iii族氮化物单晶生长区内进行第一反应生成iii族氮化物单晶、氢气和卤素氢化物，并使所述iii族氮化物单晶沉积在衬底上，以及，将所述周边区的温度设置为第二温度，所述第一温度为适合生成iii族氮化物单晶的温度，所述第二温度大于第一温度；
13.将所述第二区域的温度设置为第三温度，以至少使第一反应生成的氢气与iii族元素源在所述第二区域内进行第二反应生成iii族元素单质和卤素氢化物，所述第三温度高于铵盐的形成温度且低于iii族元素的卤化物的裂解温度；
14.将所述第三区域的温度设置为第四温度，以至少使第一反应和/或第二反应生成的卤素氢化物与氮源在所述第三区域内进行第三反应而生成铵盐，所述第四温度不高于铵盐的分解温度。
15.本实用新型实施例还提供了一种氢化物气相外延法生长iii族氮化物单晶的设备，其包括：
16.hvpe反应腔室，所述hvpe反应腔室具有沿预设方向依次连通设置的第一区域、第二区域、第三区域，所述第一区域包括iii族氮化物单晶生长区和沿径向包围iii族氮化物单晶生长区的周边区，所述iii族氮化物单晶生长区内分布有衬底，所述iii族氮化物单晶生长区至少可供iii族元素源与氮源反应生成iii族氮化物单晶、氢气和卤素氢化物，并使所述iii族氮化物单晶沉积在衬底上；所述第二区域内设置iii族元素单质收集机构，且可供iii族元素源与氢气反应生成iii族元素单质和卤素氢化物；所述第三区域可供氮源与卤素氢化物反应生成铵盐；
17.加热装置，其至少用于分别使所述iii族氮化物单晶生长区、周边区、第二区域、第三区域的温度达到第一温度、第二温度、第三温度和第四温度；
18.氮源和iii族元素源供给机构，其与所述hvpe反应腔室连接，并至少用于将所述hvpe反应腔室内输入用于进行iii族氮化物单晶生长的氮源和iii族元素源。
19.与现有技术相比，本实用新型的优点包括：
20.1)本实用新型实施例提供的一种用于iii族氮化物单晶生长的氢化物气相外延设备，结构简单，只需对反应腔室进行简单改装即可减少反应副产物的沉积并实现反应副产物的分类回收；
21.2)本实用新型实施例提供的一种iii族氮化物氢化物气相外延法生长iii族氮化
物单晶的方法，提高了iii族氮化物单晶的产量和纯度；并且，本实用新型还通过多段区域的精确调控(温度和长度)、稀释气体辅助以及局部加热降低了iii族氮化物多晶的形成，同时，还实现了iii族元素单质和铵盐等副产物的高纯集中回收，降低了iii族元素单质回收的成本，且降低了设备的维护频次；
22.3)本实用新型实施例提供的一种用于iii族氮化物单晶生长的氢化物气相外延设备，通过调节不同腔室内的温度，使反应腔室内的不用区域内的温度呈梯度分布，并增加气流稀释，从而实现了多余铵盐的分解而增加了iii族元素单质的产量；
23.4)本实用新型实施例提供的一种用于iii族氮化物单晶生长的氢化物气相外延设备，使反应腔室内回收区域(该回收区域包括第二区域、第三区域)的温度小于iii族元素的卤化物裂解温度而高于铵盐形成的温度，促进了多余iii族元素的卤化物的分解。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是现有技术中hvpe生长系统的结构以及进行氮化镓单晶生长时反应腔室内副产物沉积示意图；
26.图2是本实用新型一典型实施案例中提供的一种用于氮化镓单晶生长的氢化物气相外延设备中的反应腔室的结构示意图以及进行氮化镓单晶生长时反应腔室内副产物的沉积示意图。
具体实施方式
27.鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
28.氢化物气相外延法进行氮化镓生长的反应原理为：
①
ga+hcl
→
gacl+h2、
②
gaci+nh3→
gan(单晶)+hcl+h2，并且hvpe生长过程中会产生大量副产物：
③
gacl+nh3→
gan(多晶)+hcl+h2、
④
2gacl+h2→
ga+2hcl、
⑤
nh3+hcl
→
nh4cl。其中反应
②
是主反应，也是hvpe系统的目标，即得到尽可能多的gan单晶；而常规的hvpe反应系统中反应
②
中gacl形成单晶gan的比例只有5-30％，大部分的gacl最终转化为反应副产物，并以多种形式存在，比如gan多晶、ga、ga*nh4cl、gacl*nh4cl，导致ga的利用率低，从而提高了氮化镓单晶的生长成本，而这些副产物中以金属ga的纯度最高，提纯难度最低，如果能尽可能转化为金属镓，则能够降低提纯成本，降低gan单晶的综合制备成本。
29.本实用新型实施例提供了一种氢化物气相外延法生长iii-v族化合物单晶的方法，其包括：将第一源物质和第二源物质输入反应腔室，所述第一源物质包含iii族元素，所述第二源物质包含v族元素，通过将反应腔室内第一区域、第二区域、第三区域分别设置为不同温度，使第一源物质与第二源物质在反应腔室的第一区域进行反应生成iii-v族化合物单晶及第一副产物，并使至少部分的第一副产物与未反应的第一源物质在第二区域进行反应生成可回收的iii族元素单质和第二副产物，以及使至少部分的第一副产物和/或至少
部分的第二副产物与未反应的第二源物质在第三区域进行反应生成可回收产物。
30.进一步的，所述第一区域包括iii-v族化合物单晶生长区和沿径向包围iii-v族化合物单晶生长区的周边区，所述iii-v族化合物单晶生长区被设置为适合生成iii-v族化合物单晶的温度，所述周边区的温度高于iii-v族化合物单晶生长区的温度。
31.进一步的，所述的方法还包括：在所述周边区输入稀释气体以降低所述周边区内第一源物质和第二源物质的浓度，从而阻止第一源物质与第二源物质在所述周边区域进行反应生成iii-v族化合物多晶。
32.进一步的，至少部分的稀释气体能够在第二区域与未反应的第一源物质进行反应生成所述iii族元素单质。
33.进一步的，至少部分的稀释气体能够在第三区域与未反应的第二源物质进行反应生成所述可回收产物。
34.进一步的，所述第二区域的温度被设置为高于所述可回收产物的形成温度且低于第一源物质的分解温度，所述第三区域的温度被设置为不高于所述可回收产物的分解温度。
35.进一步的，所述的方法还包括：在所述第二区域与第三区域之间设置用于向所述第一区域置入或从所述第一区域取出iii-v族化合物单晶的生长衬底的操作区，并将所述操作区的温度设置为高于所述可回收产物的生成温度。
36.本实用新型实施例还提供了一种氢化物气相外延法生长iii族氮化物单晶的方法，其包括：
37.将iii族元素源、氮源与载气输入hvpe反应腔室内，并依次经过所述反应腔室内的第一区域、第二区域、第三区域，所述第一区域包括iii族氮化物单晶生长区和沿径向包围iii族氮化物单晶生长区的周边区，所述iii族氮化物单晶生长区内分布有衬底，所述iii族元素源包括iii族元素的卤化物，所述氮源包括nh3；
38.将所述iii族氮化物单晶生长区的温度设置为第一温度，以使iii族元素源与氮源在所述iii族氮化物单晶生长区内进行第一反应生成iii族氮化物单晶、氢气和卤素氢化物，并使所述iii族氮化物单晶沉积在衬底上，以及，将所述周边区的温度设置为第二温度，所述第一温度为适合生成iii族氮化物单晶的温度，所述第二温度大于第一温度；
39.将所述第二区域的温度设置为第三温度，以至少使第一反应生成的氢气与iii族元素源在所述第二区域内进行第二反应生成iii族元素单质和卤素氢化物，所述第三温度高于铵盐的形成温度且低于iii族元素的卤化物的裂解温度；
40.将所述第三区域的温度设置为第四温度，以至少使第一反应和/或第二反应生成的卤素氢化物与氮源在所述第三区域内进行第三反应而生成铵盐，所述第四温度不高于铵盐的分解温度。
41.进一步的，所述周边区为所述hvpe反应腔室的管壁附近的区域。
42.进一步的，所述的方法具体包括：通过调整hvpe反应设备对于所述周边区的加热功率，从而使所述周边区的温度达到第二温度；或者，通过在所述周边区设置辅助加热装置，从而使所述周边区的温度达到第二温度。
43.进一步的，所述的方法还包括：向所述周边区输入稀释气体，以降低所述周边区内iii族元素源及氮源的浓度。
44.进一步的，所述稀释气体包含氢气，且来源于稀释气体的氢气也参与所述第二反应。
45.进一步的，所述氢气的输入流量为0.5-50slm。
46.进一步的，所述稀释气体包含卤素氢化物，且来源于稀释气体的卤素氢化物也参与所述第三反应。
47.进一步的，所述卤素氢化物的输入流量小于所述第一反应中卤素氢化物的生成速率。
48.进一步的，所述卤素氢化物的输入流量为0.05-1slm。
49.进一步的，所述的方法包括：使所述hvpe反应腔室内的氢气浓度保持在20％-80％，卤素氢化物的浓度保持在1％-10％。
50.进一步的，输入所述hvpe反应腔室的氮源是过量的。
51.进一步的，所述hvpe反应腔室还包括分布于第二区域与第三区域的操作区，所述操作区的温度被设置为高于铵盐的形成温度。
52.进一步的，所述的方法还包括：在所述第二区域内设置iii族元素单质收集机构。
53.进一步的，所述iii族元素单质收集机构包括iii族元素单质收集平板。
54.进一步的，所述iii族元素源包括gam
x
、inm
x
、alm
x
或bm
x
，x取值为1～3，m包括cl、br或i。
55.本实用新型实施例还提供了一种氢化物气相外延法生长iii族氮化物单晶的设备，其包括：
56.hvpe反应腔室，所述hvpe反应腔室具有沿预设方向依次连通设置的第一区域、第二区域、第三区域，所述第一区域内设置有衬底，所述第一区域至少可供iii族元素源与氮源反应生成iii族氮化物单晶、氢气和卤素氢化物，并使所述iii族氮化物单晶沉积在衬底上；所述第二区域内设置iii族元素单质收集机构，且可供iii族元素源与氢气反应生成iii族元素单质和卤素氢化物；所述第三区域可供氮源与卤素氢化物反应生成铵盐；
57.加热装置，其至少用于分别对所述第一区域、第二区域和第三区域进行加热；
58.氮源和iii族元素源供给机构，其与所述hvpe反应腔室连接，并至少用于将所述hvpe反应腔室内输入用于进行iii族氮化物单晶生长的氮源和iii族元素源。
59.进一步的，所述第一区域包括iii族氮化物单晶生长区和沿径向包围iii族氮化物单晶生长区的周边区，所述iii族氮化物单晶生长区内分布有衬底。
60.进一步的，所述加热装置包括第一加热机构、第二加热机构、第三加热机构和第四加热机构，所述第一加热机构、第二加热机构、第三加热机构和第四加热机构分别与所述iii族氮化物单晶生长区、周边区、第二区域、第三区域相对应，并至少用于使iii族氮化物单晶生长区、周边区、第二区域、第三区域的温度达到第一温度、第二温度、第三温度和第四温度。
61.进一步的，所述第二加热机构设置在所述hvpe反应腔室第一区域的管壁上。
62.进一步的，所述第一加热机构、第二加热机构、第三加热机构和第四加热机构室均是独立工作的。
63.进一步的，所述的氢化物气相外延法生长iii族氮化物单晶的设备还包括：
64.稀释气体供给机构，其与所述hvpe反应腔室连接，并至少用于向所述周边区输入
稀释气体，以降低所述周边区内iii族元素源及氮源的浓度，所述周边区为所述hvpe反应腔室的管壁附近的区域。
65.进一步的，在所述第二区域内设置iii族元素单质收集机构。
66.进一步的，所述iii族元素单质收集机构包括iii族元素单质收集平板。
67.进一步的，所述hvpe反应腔室还包括分布于第二区域与第三区域的操作区，所述操作区设有操作口，所述操作口处设置有可打开关闭的操作盖板。
68.进一步的，所述第一区域、第二区域和第三区域的长度之比为1∶2∶2-1∶10∶4。
69.进一步的，所述的设备还包括尾气处理机构，所述尾气处理机构与所述hvpe反应腔室的尾气出口连接。
70.如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，除非特别说明的之外，本实用新型实施例中的用于氮化镓单晶生长的氢化物气相外延设备中氮化镓生长源供给机构、稀释气体供给机构、尾气处理机构等均可以采用本领域技术人员已知的，在此不作具体的限定。
71.请参阅图2，一种氢化物气相外延法生长氮化镓单晶的设备，包括：
72.hvpe反应腔室100，所述hvpe反应腔室具有沿预设方向依次连通设置的第一区域110、第二区域120、操作区130、第三区域140，所述第一区域110包括氮化镓单晶生长区111和沿径向包围氮化镓单晶生长区的周边区112，所述氮化镓单晶生长区111内分布有衬底，所述氮化镓单晶生长区111至少可供镓源与氮源反应生成氮化镓单晶、氢气和氯化氢，并使所述氮化镓单晶沉积在衬底上；所述第二区域120内设置金属镓收集机构121，且可供镓源与氢气反应生成金属镓和氯化氢；所述第三区域140可供氮源与氯化氢反应生成氯化铵；
73.加热装置200，其至少用于分别使所述氮化镓单晶生长区111、周边区112、第二区域120、第三区域130的温度达到第一温度、第二温度、第三温度和第四温度；
74.氮源和镓源供给机构300，其与所述hvpe反应腔室100连接，并至少用于将所述hvpe反应腔室100内输入用于进行氮化镓单晶生长的氮源和镓源；
75.稀释气体供给机构400，其与所述hvpe反应腔室100连接，并至少用于向所述周边区112输入稀释气体，以降低所述周边区112内镓源及氮源的浓度，所述周边区112为所述hvpe反应腔室100的管壁附近的区域；
76.尾气处理机构，所述尾气处理机构与所述hvpe反应腔室的尾气出口连接。
77.具体的，在所述第二区域120内设置金属镓收集机构121，例如，所述金属镓收集机构包括金属镓收集平板，所述操作区130设有操作口，所述操作口处设置有可打开关闭的操作盖板。
78.具体的，所述第一区域、第二区域和第三区域的长度之比为1∶2∶2-1∶10∶4。
79.实施例1
80.一种氢化物气相外延法生长氮化镓单晶的方法，其包括：
81.提供如图2所示的氢化物气相外延法生长氮化镓单晶的设备，分别将所述反应腔室氮化镓单晶生长区、周边区、第二区域、第三区域的调节至第一温度、第二温度、第三温度和第三温度；
82.将镓源、氮源与载气输入hvpe反应腔室内，并依次经过所述反应腔室内的第一区域、第二区域、第三区域，所述第一区域包括氮化镓单晶生长区和沿径向包围氮化镓单晶生
长区的周边区，所述氮化镓单晶生长区内分布有衬底，所述镓源包括gacl，所述氮源包括nh3；
83.将所述氮化镓单晶生长区的温度设置为第一温度，以使镓源与氮源在所述氮化镓单晶生长区内进行第一反应生成氮化镓单晶、氢气和氯化氢，并使所述氮化镓单晶沉积在衬底上，以及，将所述周边区的温度设置为第二温度，所述第一温度为适合生成氮化镓单晶的温度，所述第二温度大于第一温度；
84.将所述第二区域的温度设置为第三温度，以至少使第一反应生成的氢气与镓源在所述第二区域内进行第二反应生成金属镓和氯化氢，所述第三温度高于氯化铵的形成温度且低于氯化镓的裂解温度；
85.将所述第三区域的温度设置为第四温度，以至少使第一反应和/或第二反应生成的氯化氢与氮源在所述第三区域内进行第三反应而生成氯化铵，所述第四温度不高于氯化铵的分解温度；以及
86.向所述反应腔室内输入稀释气体，以对所述第一区域进行吹扫，而将部分镓源、氮源以及反应生成的部分h2、hcl吹扫至第二区域和第三区域；其中，所述第一反应、第二反应、第三反应分别如式1)、式2)、式3)所示；
87.gacl+nh3→
gan+hcl+h2ꢀꢀꢀꢀꢀ
1)
88.gacl+h2→
ga+hcl
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2)
89.nh3+hcl
→
nh4cl
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3)。
90.具体的，所述第一温度为1000-1090℃，第二温度在1090℃以上，所述第三温度为350-800℃，所述操作区的温度为25-350℃，所述第四温度≥350℃。
91.具体的，所述的方法包括：沿所述反应腔室的内壁向所述反应腔室的周边区内输入稀释气体，以将所述hvpe反应腔室内的h2浓度调节至20％-80％、hcl的浓度调节至1％-10％，其中，所述稀释气体包括n2、h2和hcl中的任意一种或两种以上的组合，所述n2和h2中任一者的输入流量为0.5-50slm，所述hcl的输入流量小于所述第一反应中hcl的生成速率，例如，所述hcl的输入流量为0.05-0.1sccm。
92.具体的，在氮化镓单晶生长区内发生的形成氮化镓多晶的反应为：gacl+nh3→
gan(多晶)+hcl+h2，本案实用新型人研究发现，当温度升高之后，会抑制正反应，促进逆反应，使得gan合成效率降低，所以提高温度可以抑制多晶gan生成(单晶和多晶的形成温度是一样的，只是在不同基底上形成状态不同，在衬底上是单晶，在石英上是多晶)；以及，当反应腔室内的hcl和h2浓度高于30％时，会促进逆反应，使得多晶gan合成变少；因此，当反应腔室内总流量大于20slm时，源气体的相对浓度降低至20％时，也会降低反应形成氮化镓多晶的效率。
93.本案实用新型人还研究发现，氮化镓多晶多沉积在反应腔室的腔壁上，因此，沿所述反应腔室的内壁向所述反应腔室内输入稀释气体，可以有效防止氮化镓多晶在反应腔室的腔壁上沉积，以及，本实用新型还对hvpe反应腔室周边区进行局部加热，以使周边区的温度达到1090℃以上，从而抑制氮化镓多晶的反应形成和沉积。
94.本实用新型实施例提供的一种氢化物气相外延法生长氮化镓单晶的方法的实现原理至少包括：
95.①
ga+hcl
→
gacl+h2、
②
gacl+nh3→
gan(单晶)+hcl+h2，并且hvpe生长过程中会产
生大量副产物：
③
gacl+nh3→
gan(多晶)+hcl+h2、
④
2gacl+h2→
ga+2hcl、
⑤
nh3+hcl
→
nh4cl；
96.通过载气将所述镓源gacl、氮源nh3以及掺杂源气输入hvpe反应腔室内，使所述镓源与氮源于所述氮化镓单晶生长区发生反应gacl+nh3→
gan+hcl+h2而形成氮化镓单晶，由于氮化镓单晶生长区内的温度适合氮化镓单晶生长而不适合氮化镓多晶生长，因此可以降低氮化镓多晶的形成，并且，沿所述反应腔室的内壁向所述反应腔室内输入稀释气体，而将部分镓源、氮源以及反应生成的部分h2、hcl吹扫至第二区域和第三区域，由于作为稀释气体的氢气在第一区域不参与反应，该部分氢气会被吹扫至第二区域，并在第二区域内发生反应gacl+h2→
ga+hcl而形成金属镓，所述第三温度为金属镓的形成温度，且所述第三温度高于氯化铵的形成温度但低于氯化镓裂解的温度，第二区域氢气流量的提升会促进金属镓的产出效率；
97.由于第三区域的第四温度小于第二区域、氮化镓单晶生长区的温度，且该第四温度为可供发生反应nh3+hcl
→
nh4cl的温度，因此，在第一区域和第二区域内几乎不会发生形成氯化铵的反应，并且，由于输入的nh3是大大过量的，且nh3只参与了gan的生成反应，不参与其他反应，所以过量的氨气都会流到第三区域；以及，hcl是反应形成gan的产物；减少多晶gan产生的时候也会通入多余的hcl；副反应
④
在产生镓的同时也会有hcl产生，该部分hcl不参与其他反应，也会流到第三区域。
98.具体的，分别提供如图1、图2所示的氢化物气相外延法生长氮化镓单晶的设备，并分别以该氢化物气相外延设备以及相应的工艺进行氮化镓单晶的外延生长；
99.经过测算：以图1所示的设备和现有工艺(可参见背景技术部分)制备氮化镓单晶时，每消耗1000g金属镓，所生成的氮化镓单晶为62.5g，氮化镓多晶为960.8g，金属镓为30g，氯化铵与氯化镓混合物为956.1g，经过测量，氯化铵与氯化镓混合物中镓的含量为12％，并且，在装取片区域的腔壁沉积了大量的氯化铵，制备获得的氮化镓单晶表面由于腔室副产物等颗粒导致的宏观缺陷密度为2个/cm2，反应腔室每次生长都需要进行清理。
100.以图2所示的设备和本实用新型提供的方法制备氮化镓单晶时，每消耗1000g金属镓，所生成的氮化镓单晶为77.2g，氮化镓多晶为360.3g，金属镓为550g，氯化铵与氯化镓混合物为1127.8g，经过测量氯化铵与氯化镓混合物中镓的含量为6％；且本实用新型提供的方法在装取片区域的腔壁几乎没有氯化铵沉积，制备获得的氮化镓单晶表面由于腔室副产物等颗粒导致的宏观缺陷密度为0.3个/cm2，反应腔室每生长5次清理一次即可。
101.通过计算对比，本实施例提供的一种氢化物气相外延法生长氮化镓单晶的方法，将金属镓转化为氮化镓单晶的比例从5.2％(采用图1所示的设备和现有工艺)提升到6.4％，转化为多晶氮化镓的比例从80％降低到30％，转变为金属镓的比例从3％提升到55％，氯化铵中镓含量从12％降低到6％，装取片操作区的洁净度得到很大改善，颗粒污染导致的宏观缺陷密度降低一个数量级，反应腔室清理频次降低为原来的1/5。
102.实施例2
103.本实施例参照实施例1的方式，分别以alcl
x
(x取值为1～3)、氨气作为铝源、氮源，利用图1、图2所示设备及配套工艺进行了a1n单晶的生长，结果显示，采用图2设备相比图1设备进行a1n单晶的生长，铝有效转化为氮化铝单晶的比例从7.2％提升到8.1％，转化为多晶氮化铝的比例从70％降低到40％，金属铝的回收比例从2％提升到29％，设备清理维护频次也降低到原来的1/4；采用图2所示设备及其配套工艺所生长a1n单晶的产率、质量(主要
体现为表面缺陷密度)明显优于图1所示设备及其配套工艺所生长的a1n单晶，并且在金属铝的回收比例等方面也有显著改善。
104.本实用新型实施例提供的一种氢化物气相外延生长iii-v族化合物单晶的方法，提高了iii-v族化合物单晶的产量和纯度；并且，本实用新型还通过多段区域的精确调控(温度和长度)、稀释气体辅助以及局部加热降低了iii-v族化合物多晶的形成，同时，还实现了多种有价值副产物的高纯集中回收，降低了回收成本，且降低了设备的维护频次。
105.应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。