一种GaN晶体生长装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体尤其是GaN晶体技术领域，具体地说是一种GaN晶体生长
目.ο
【背景技术】
[0002]以GaN为代表的氮化物正越来越成为光电子和微电子领域的常见半导体材料。而GaN晶体的生长方法主要有氢化物气相外延(Hydride vapor phase epitaxy)、高温高压法(High nitrogen pressure solut1n)、钠流法(Na flux method)和氨热法(Ammothermalgrowth method)，其中钠流法和高温高压法都采用氮气作为GaN晶体生长的氮源，N在氮气氛围与金属镓溶液界面、或者氮气氛围与金属镓/金属钠混合溶液的界面处溶解，然后向低N浓度的溶液底部扩散，输送到GaN籽晶的表面成为晶体生长的氮源。因此，溶液顶部的N浓度高于籽晶处的底部，导致顶部区域由于N浓度过饱和而自发形核成不需要的GaN多晶，产生额外的原材料消耗，严重影响目标籽晶处的液相外延生长(参阅文献1:M.Morishita et al., Journal of Crystal Growth 270, (2004) 402)。当然，一些方法已经用于解决底部溶液N浓度过低的问题，像温度梯度产生溶液热对流(参阅文献2:中国专利CN 103603031 A)及溶液搅拌使N分布均匀(参阅文献3:中国专利CN 1922345A)等，但还是存在生长溶液底部N浓度低于顶部溶液的现象，阻碍了 GaN晶体的生长。
【发明内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题是提供一种GaN晶体生长装置，利用漂浮体带着GaN籽晶漂浮在生长溶液上，使GaN籽晶在生长溶液顶部区域的N过饱和溶液下高速率高质量生长。
[0004]为了解决上述技术问题，本实用新型采取以下技术方案:
[0005]一种GaN晶体生长装置，包括高压釜，该高压釜内装设有坩祸，该坩祸内填充有晶体生长溶液，坩祸内放置有位于晶体生长溶液内的GaN籽晶，所述坩祸内设有浮在晶体生长溶液上的漂浮体，GaN籽晶生长面的背面与该漂浮体连接，漂浮体带着GaN籽晶漂浮在晶体生长溶液上。
[0006]所述漂浮体为密度小于晶体生长溶液的实心体或空心体。
[0007]所述漂浮体为密度大于晶体生长溶液的空心体。
[0008]所述漂浮体的空心部位填充有密度小于晶体生长溶液的材料。
[0009]所述GaN籽晶采用键合的方式键合在漂浮体上实现相互连接，或者GaN籽晶采用外延的方式直接在漂浮体上生成实现相互连接。
[0010]所述GaN籽晶生长面的背面的面积大于或小于或等于漂浮体上与该GaN籽晶生长面的背面连接接触的面的面积。
[0011]所述晶体生长溶液为纯镓溶液，或者镓占一定百分比的混合溶液，漂浮体为蓝宝石、BN或 Y203。
[0012]所述晶体生长溶液为纯镓溶液，或者镓占一定百分比的混合溶液，漂浮体为铂、氮化镓或铁铬合金。
[0013]本发明通过漂浮体带着GaN籽晶漂浮于高N浓度生长溶液顶部区域，GaN晶体可在生长溶液顶部区域的N过饱和溶液下高速率高质量生长，相对于传统的低N浓度生长溶液底部区域GaN晶体生长，顶部区域不仅为GaN晶体生长提供了丰沛的N源而快速生长，而且还有利于避免生长溶液顶部区域GaN自发形核产生多晶的问题。
【附图说明】
[0014]附图1为本实用新型实施例一的剖面结构示意图；
[0015]附图2为本实用新型实施例二的剖面结构示意图。
[0016]附图标记:
[0017]11:高压釜；12 甘祸；2、晶体生长溶液；31:GaN籽晶；32:实施例一中的低密度的漂浮体；33:实施例二中的高密度的漂浮体。
【具体实施方式】
[0018]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的描述。
[0019]实施例一，如附图1所示，一种GaN晶体生长装置，包括高压釜11，该高压釜11内装设有坩祸12，该坩祸12内填充有晶体生长溶液2，坩祸12内放置有位于晶体生长溶液内的GaN籽晶31，坩祸12内设有浮在晶体生长溶液2上的低密度漂浮体32，该低密度漂浮体32为密度小于晶体生长溶液2的实心体或空心体，GaN籽晶31生长面的背面与该低密度漂浮体32连接，低密度漂浮体32带着GaN籽晶31漂浮在晶体生长溶液2上。晶体生长溶液2为纯镓溶液，或者镓占一定百分比的混合溶液，低密度漂浮体32为蓝宝石、BN或Y2O3等密度小于晶体生长溶液2的材料。高压釜输入有氮气，此为公知常识，在此不再详细赘述。
[0020]设置正常的生长条件，镓钠原料由固体变成晶体生长溶液2，此时，GaN籽晶31由于低密度漂浮体32所受浮力对GaN籽晶31产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漂浮在晶体生长溶液2的顶部区域，而由于晶体生长溶液的顶部区域为高N浓度生长溶液区域，从而使得GaN晶体处于高N浓度生长溶液区域中，从而开始高速率高质量的生长。
[0021]实施例二，一种GaN晶体生长装置，包括高压釜11，该高压釜11内装设有坩祸12，该坩祸12内填充有晶体生长溶液2，坩祸12内放置有位于晶体生长溶液内的GaN籽晶31，坩祸12内设有浮在晶体生长溶液2上的高密度漂浮体33，该高密度漂浮体33为密度大于晶体生长溶液的空心体，还可以在该高密度漂浮体33的空心部分填充入密度小于晶体生长溶液的材料。GaN籽晶31生长面的背面与该高密度漂浮体33连接，高密度漂浮体33带着GaN籽晶31漂浮在晶体生长溶液2上。晶体生长溶液为纯镓溶液，或者镓占一定百分比的混合溶液，漂浮体为铂、氮化镓或铁铬合金。高压釜输入有氮气，此为公知常识，在此不再详细赘述。
[0022]同实施例一，本实施例二中，依靠漂浮体带着GaN籽晶漂浮在晶体生长溶液2的顶部区域，而由于晶体生长溶液的顶部区域为高N浓度生长溶液区域，从而使得GaN晶体处于高N浓度生长溶液区域中，从而开始高速率高质量的生长。
[0023]此外，对于GaN籽晶与漂浮体的具体连接方式，GaN籽晶采用键合的方式键合在漂浮体上实现相互连接，或者GaN籽晶采用外延的方式直接在漂浮体上生成实现相互连接，从而使得GaN籽晶与漂浮体稳固连接。GaN籽晶生长面的背面的面积大于或小于或等于漂浮体上与该GaN籽晶生长面的背面连接接触的面的面积。
[0024]需要说明的是，以上所述并非是对本实用新型技术方案的限定，在不脱离本实用新型的创造构思的前提下，任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种GaN晶体生长装置，包括高压盖，该高压釜内装设有坩祸，该坩祸内填充有晶体生长溶液，坩祸内放置有位于晶体生长溶液内的GaN籽晶，其特征在于，所述坩祸内设有浮在晶体生长溶液上的漂浮体，GaN籽晶生长面的背面与该漂浮体连接，漂浮体带着GaN籽晶漂浮在晶体生长溶液上。2.根据权利要求1所述的GaN晶体生长装置，其特征在于，所述漂浮体为密度小于晶体生长溶液的实心体或空心体。3.根据权利要求1所述的GaN晶体生长装置，其特征在于，所述漂浮体为密度大于晶体生长溶液的空心体。4.根据权利要求3所述的GaN晶体生长装置，其特征在于，所述漂浮体的空心部位填充有密度小于晶体生长溶液的材料。5.根据权利要求1?4任一项所述的GaN晶体生长装置，其特征在于，所述GaN籽晶采用键合的方式键合在漂浮体上实现相互连接，或者GaN籽晶采用外延的方式直接在漂浮体上生成实现相互连接。6.根据权利要求5所述的GaN晶体生长装置，其特征在于，所述GaN籽晶生长面的背面的面积大于或小于或等于漂浮体上与该GaN籽晶生长面的背面连接接触的面的面积。7.根据权利要求2所述的GaN晶体生长装置，其特征在于，所述晶体生长溶液为纯镓溶液，或者镓占一定百分比的溶液，漂浮体为蓝宝石、BN或Y203。8.根据权利要求3或4所述的GaN晶体生长装置，其特征在于，所述晶体生长溶液为纯镓溶液，或者镓占一定百分比的混合溶液，漂浮体为铂、氮化镓或铁铬合金。
【专利摘要】本实用新型公开了一种GaN晶体生长装置，包括高压釜，该高压釜内装设有坩埚，该坩埚内填充有晶体生长溶液，坩埚内放置有位于晶体生长溶液内的GaN籽晶，所述坩埚内设有浮在晶体生长溶液上的漂浮体，GaN籽晶生长面的背面与该漂浮体连接，漂浮体利用浮力带着GaN籽晶漂浮在晶体生长溶液上。本实用新型通过使GaN籽晶漂浮于高N浓度生长溶液顶部区域,GaN晶体可在生长溶液顶部区域的N过饱和溶液下高速率高质量生长，相对于传统的低N浓度生长溶液底部区域GaN晶体生长，顶部区域不仅为GaN晶体生长提供了丰沛的N源而快速生长，而且还有利于避免生长溶液顶部区域GaN自发形核产生多晶的问题。
【IPC分类】C30B29/40, C30B35/00
【公开号】CN204714948
【申请号】CN201520345573
【发明人】陈蛟, 李成明, 刘南柳, 巫永鹏, 罗睿宏, 李顺峰, 张国义
【申请人】北京大学东莞光电研究院
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年5月26日