[发明专利]晶体组合物、装置及其制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种晶体组合物、用于制备该晶体组合物的装置、包含该 晶体组合物的设备以及用于制备和/或使用该晶体组合物的方法。

发明背景

在晶体组合物如多晶III族金属氮化物的一些制备中，会产生较细的粉 状颗粒或中等厚度的薄膜。粉末形式使得晶粒之间具有极小或没有合适的 机械或电接合，也可能不是牢固接合的、致密的或粘聚的。为了用作溅射 靶，必须将松散的多晶材料牢固地接合在一起，且是致密的或粘聚的。由 这种粉末形式形成的物品具有不期望的高残余孔隙率和/湿度敏感性，它们 较容易分解或溶解。对于晶体生长源来说，其制品应该不容易分解回到溶 液中。

现有技术中，人们可以采用几种化学汽相沉积工艺来形成多晶金属氮 化物薄膜。有些工艺的缺点在于难以按比例提高和/精确控制汽相反应过程， 导致较低的质量控制。这种困难是由于采用初始呈固态的材料作为反应试 剂或者可能由于激烈的条件而导致的。有些时候，这些薄膜含有不合要求 的杂质水平，该杂质会使这些薄膜不太适用于例如氨热(ammonothermal)晶 体生长过程。

一方面，本发明涉及与现有的晶体相比具有改进性能的晶体，其中该 晶体通过采用III族金属作为原料的方法制得。在一种实施方案中，该晶体 通过采用反应装置制得，在该装置中设置了至少一个原料入口，使得熔融 的液体III族金属原料从该装置中流过。本发明还涉及包含本发明所述的晶 体组合物的设备。

发明概述

在本发明的一种实施方案中，提供了一种包含具有多个晶粒的多晶金 属氮化物的组合物。该晶粒具有柱形结构，其平均晶粒尺寸为10nm-1mm。 在另一实施方案中，金属氮化物的特征在于其杂质含量＜200ppm，孔隙率 以体积分数计为0.1-30％，表观密度为70-99.8％，金属的原子分数(atomic fraction)为0.49-0.55。

在一种实施方案中，提供了由该多晶金属氮化物组合物形成的制品。 在另一种实施方案中，提供了包含含有该多晶金属氮化物的制品的装置。

在一种实施方案中，公开了用于制备该多晶金属氮化物的方法。该方 法包括以下步骤：向由壳体围成的腔室中通入含氮气体和含卤素气体，其 中这些气体混合形成气体混合物，该气体混合物与腔室中的III族金属接 触，形成一种金属氮化物。该腔室包含压纹表面(riffled suface)、挡板(baffle)、 开口和过滤板中的至少一个，以促进含氮气体与含卤素气体混合。

在另一种实施方案中，本发明涉及一种用于制造该多晶金属氮化物的 装置，其中该装置包括与该腔室连通的进口，如第一进口、第二进口和原 料进口，它们分别设计成可以使熔融液态III族金属原料从中流过、使含氮 气体和含卤素气体和原料进入该腔室中。该装置还可以包括检测腔室中温 度或压力的一个或多个的传感器。

附图说明

图1是根据本发明一种实施方案的装置的侧视图；

图2是根据本发明一种实施方案的装置的侧视图；

图3是根据本发明一种实施方案的装置的侧视图；

图4是根据本发明一种实施方案的装置的侧视图；

图5是根据本发明一种实施方案的装置的侧视图；

图6是根据本发明的一种实施方案的用于制造晶体组合物的方法的流 程图；

图7是显示多晶氮化镓截面的SEM图；

图8是显示多晶氮化镓生长表面的SEM图；

图9是氮化镓的抗弯强度图。

发明详述

在整个说明书及权利要求书中，可以采用近似语来修饰任何定量表示 值，它们可以有一些变化，但不会导致其相关的基本功能发生变化。因此， 用如措词“约”修饰的数值并不限于规定的精确数值。在至少一种情况下，由 措词“约”表示的变化可以参考测试仪器的精度而确定。

用于本文中时，措词“不含”可以与某个术语结合在一起；并且，可以 包含非实质的量或痕量，但除非另有说明，该措词仍看作不含被修饰的术 语。