一种GaN单晶装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体生产设备技术领域，具体地说是一种GaN单晶装置。
【背景技术】
[0002]氮化镓(GaN)基半导体材料的应用经过十几年的研究发展，相继在蓝光LED、短波长LD、紫外探测器和白光LED照明等方面取得突破，但器件性能的进一步的提高和一些新器件的制作受到GaN衬底本身质量的制约。作为生长高质量GaN单晶的方法之一，钠流法(Na Flux Method)目前已取得一定进展，得到了直径大于2英寸、厚度大于2cm的GaN单晶体材料。
[0003]传统的用于生成GaN单晶的设备为反应釜。将晶种模板放置在反应釜内的生长溶液中，晶种模板一般是静止状态，反应釜内的晶种模版无法实现生长位置的实时定位，不能保证晶种模版一直处在最佳的生长溶液环境，不利于大尺寸高质量GaN单晶体材料的制备。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种GaN单晶装置，通过线圈感应机构带动晶种模板移动，以此控制晶种模板的实时位置，保证晶种模版一直处在最佳的生长溶液环境，由此促进GaN单晶生长。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案:
一种GaN单晶装置，包括反应釜，该反应釜外部设有加热器，反应釜上部装接有带阀门的气管，反应釜内设有坩祸，反应釜内放置有晶种模板，所述装置还包括感应线圈机构，该感应线圈机构包括设在反应釜内的内部线圈和设在反应釜外的外部线圈，该外部线圈与电源连接，反应釜内设有支撑杆，内部线圈活动套装在该支撑杆上，内部线圈的一端与晶种模板连接，外部线圈接通电源后带动内部线圈作受迫运动，使该内部线圈在支撑杆上移动。
[0006]所述支撑杆沿反应釜轴线方向装设在该反应釜顶内壁或者底内壁，内部线圈套装在该支撑杆上与反应釜轴线方向平行，该内部线圈带动晶种模板上下移动。
[0007]所述支撑杆沿反应釜径向方向装设在该反应釜的内侧壁，内部线圈套装在该支撑杆上与反应釜径向方向平等，该内部线圈通过沿反应釜轴线方向设置的连杆与晶种模板连接，该内部线圈带动晶种模板水平移动。
[0008]所述内部线圈与外部线圈是但不限于单层线圈、多层线圈或蜂房式线圈。
[0009]所述内部线圈与外部线圈是但不限于空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈或铜芯线圈。
[0010]所述内部线圈与外部线圈的几何学中轴线重合或不重合。
[0011]所述电源是但不限于直流电源、交流电源或电压电流大小和方向随时间作不规则变化的电源。
[0012]所述外部线圈设在反应釜的顶部上方，或者设在反应釜的侧壁外。
[0013]所述加热器包括设在反应釜底部的下加热器，以及设在反应釜侧壁的侧加热器。
[0014]本发明的有益效果在于:
1、在对反应釜没有造成机械破坏的情况下，实现了对晶种模版位置的实时控制，降低设备制造难度，节约成本；
2、晶种模版的实时位置控制，有利于晶体生长的各方面可控，保证晶种模版一直处在最佳的生长溶液环境，由此促进GaN单晶生长。。
【附图说明】
[0015]附图1为本发明实施例一的剖面结构示意图；
附图2为本发明实施例二的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的描述。
[0017]如附图1所示，一种GaN单晶装置，包括反应釜11，该反应釜11外部设有加热器，反应釜11上部装接有带阀门22的气管21，反应釜11内设有坩祸12，反应釜11内放置有晶种模板7，还包括感应线圈机构，该感应线圈机构包括设在反应釜内的内部线圈42和设在反应釜11外的外部线圈41，该外部线圈41与电源连接，反应釜11内设有支撑杆5，内部线圈42活动套装在该支撑杆5上，内部线圈42的一端与晶种模板7连接，外部线圈42接通电源8后带动内部线圈41作受迫运动，使该内部线圈41在支撑杆5上移动。该外部线圈与内部线圈相对应设置，保证外部线圈在接通电源引入电流以后，产生的磁场能够带动内部线圈运动。即在外部线圈中通入电流后，外部线圈中的磁场会根据电流作出变化，如果是周期性电流，则磁场相应的进行周期性变化，内部线圈因受到磁场的作用而进行受迫运动，也会随着磁场的变化进行周期性运动。加热器包括设在反应釜底部的下加热器32，以及设在反应釜11侧壁的侧加热器31，可在反应釜各个侧壁周围都设置加热器。通过气管往反应釜内导入氮气，以及在反应釜内填充生长溶液，此为公知常识，在此不再详细赘述。
[0018]内部线圈与外部线圈是但不限于单层线圈、多层线圈或蜂房式线圈，或者其他线圈。并且内部线圈与外部线圈是但不限于空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈或铜芯线圈。并且在设置外部线圈和内部线圈的具体位置的时候，内部线圈与外部线圈的几何学中轴线重合或不重合，可根据具体的环境空间进行灵活设定。电源是但不限于直流电源、交流电源或电压电流大小和方向随时间作不规则变化的电源。
[0019]对于内部线圈的具体安装方式，有以下两种较佳的实施例。
[0020]实施例一，如附图1所示，所述支撑杆沿反应釜轴线方向装设在该反应釜顶内壁或者底内壁，内部线圈套装在该支撑杆上与反应釜轴线方向平行，该内部线圈带动晶种模板上下移动。外部线圈设置在反应釜顶部上方，当内部线圈被外部线圈带动作受迫运动时，内部线圈沿着支撑杆上下移动，从而带动晶种模板也上下移动。
[0021]在晶体生长的准备期，调节电源8使晶种模板处于反应釜11内的上部，不与生长原材料接触；控制阀门22、底部加热装置32以及侧部加热装置31，升温加压至预设的生长条件，生长原材料融化为生长溶液6 ;再次调节电源8使晶种模版缓慢下降至生长溶液6的液面下，晶体正式生长；完成生长时，调节电源8使晶种模版上升，远离生长溶液6，降温减压取出晶体。
[0022]在生长过程中，由于在液体表面容易形成氮化镓薄膜，这层薄膜悬浮在液体镓表面，将会阻止氮气与液体镓的混合，为此，外部线圈41中通以周期性电流，使线圈中的磁场周期性变化，内部线圈42会由于受迫运动，也将做周期性上下运动，这种周期性运动会在镓源表面形成一圈圈的波纹，这种波纹将会导致液体镓表面的氮化镓薄膜无法形成，同时这种波纹会加速液体镓与氮气的混合，进一步促进晶种表面的化学反应，从而提高生长质量。
[0023]实施例二，如附图2所示，所述支撑杆沿反应釜径向方向装设在该反应釜的内侧壁，内部线圈套装在该支撑杆上与反应釜径向方向平等，该内部线圈通过沿反应釜轴线方向设置的连杆与晶种模板连接，该内部线圈带动晶种模板水平移动。外部线圈设置在反应釜侧壁外，当内部线圈被外部线圈带动作受迫运动时，内部线圈沿着支撑杆水平方向左右移动，从而通过连杆带动晶种模板水平移动。
[0024]控制阀门22、底部加热装置32以及侧部加热装置31，升温加压至预设的生长条件，生长原材料融化为生长溶液6 ;调节电源8使晶种模版在生长溶液6中沿水平方向上缓慢移动，由此，晶种模版附近一直处在过饱和度生长溶液中，有利于晶体生长；生长完成，降温减压取出晶体。
[0025]当外部线圈41通过周期电流时，将会在励磁线圈中心产生周期性变化的磁场，这种周期性变化将会导致内部线圈42做受迫运动，从而在反应釜中产生摆动的效果，这种摆动将会有效地搅动液体镓源，进一步促进液体镓源与氮气的混合，同时这种摆动也具有与实施例一共同的效果，就是避免在液体镓源表面形成氮化镓薄膜，将会进一步促进材料的生长。
[0026]此外，不同于实施例一和实施例二，内部线圈42还可以与晶种模板分离，使内部线圈作为独立的材料生长辅助装置放置于反应釜内，在晶种模板静止的前提下，独立地搅动反应釜内部的液体镓源，使镓源在反应釜内部产生流动运动，形成具有一定分布状态的流场，也将对材料的生长起到重要作用。
[0027]需要说明的是，以上所述并非是对本发明技术方案的限定，在不脱离本发明的创造构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种GaN单晶装置，包括反应釜，该反应釜外部设有加热器，反应釜上部装接有带阀门的气管，反应釜内设有坩祸，反应釜内放置有晶种模板，其特征在于，所述装置还包括感应线圈机构，该感应线圈机构包括设在反应釜内的内部线圈和设在反应釜外的外部线圈，该外部线圈与电源连接，反应釜内设有支撑杆，内部线圈活动套装在该支撑杆上，内部线圈的一端与晶种模板连接，外部线圈接通电源后带动内部线圈作受迫运动，使该内部线圈在支撑杆上移动。2.根据权利要求1所述的GaN单晶装置，其特征在于，所述支撑杆沿反应釜轴线方向装设在该反应釜顶内壁或者底内壁，内部线圈套装在该支撑杆上与反应釜轴线方向平行，该内部线圈带动晶种模板上下移动。3.根据权利要求1所述的GaN单晶装置，其特征在于，所述支撑杆沿反应釜径向方向装设在该反应釜的内侧壁，内部线圈套装在该支撑杆上与反应釜径向方向平等，该内部线圈通过沿反应釜轴线方向设置的连杆与晶种模板连接，该内部线圈带动晶种模板水平移动。4.根据权利要求1或2或3所述的GaN单晶装置，其特征在于，所述内部线圈与外部线圈是但不限于单层线圈、多层线圈或蜂房式线圈。5.根据权利要求4所述的GaN单晶设备，其特征在于，所述内部线圈与外部线圈是但不限于空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈或铜芯线圈。6.根据权利要求5所述的GaN单晶设备，其特征在于，所述内部线圈与外部线圈的几何学中轴线重合或不重合。7.根据权利要求6所述的GaN单晶设备，其特征在于，所述电源是但不限于直流电源、交流电源或电压电流大小和方向随时间作不规则变化的电源。8.根据权利要求1或2或3所述GaN单晶设备，其特征在于，所述外部线圈设在反应釜的顶部上方，或者设在反应釜的侧壁外。9.根据权利要求1或2或3所述GaN单晶设备，其特征在于，所述加热器包括设在反应釜底部的下加热器，以及设在反应釜侧壁的侧加热器。
【专利摘要】本发明公开了一种GaN单晶设备，包括反应釜，该反应釜外部设有加热器，反应釜上部装接有带阀门的气管，反应釜内设有坩埚，反应釜内放置有晶种模板，其特征在于，所述装置还包括感应线圈机构，该感应线圈机构包括设在反应釜内的内部线圈和设在反应釜外的外部线圈，该外部线圈与电源连接，反应釜内设有支撑杆，内部线圈活动套装在该支撑杆上，内部线圈的一端与晶种模板连接，外部线圈接通电源后带动内部线圈作受迫运动，使该内部线圈在支撑杆上移动。本发明通过感应线圈机构来控制晶种模版的实时生长位置，保证晶种模版一直处在最佳的生长溶液环境，由此促进GaN单晶生长。
【IPC分类】C30B29/40, C30B11/00
【公开号】CN105256372
【申请号】CN201510838898
【发明人】李成明, 陈蛟, 巫永鹏, 刘南柳, 黄波, 卢洪, 李顺峰, 张国义
【申请人】北京大学东莞光电研究院
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月27日