[发明专利]液相生长氮化镓晶体的装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料生长装置领域，尤其涉及一种液相生长氮 化镓晶体的装置。

背景技术

氮化镓(GaN)基半导体材料是重要的直接带隙、宽禁带半导体 材料，由于其特有的带隙范围、优异的物理化学性质，在蓝绿LED/LD 和功率器件等半导体应用领域有着广阔的市场前景，而受到关注。作 为GaN半导体器件应用的基础之一，高质量大尺寸GaN衬底材料的制 备尤为重要。

钠流法(NaFluxMethod)制备GaN衬底材料，由于能够得到较 好的晶体质量(10⁴cm^-2),成为目前制备GaN单晶体材料的最佳途径 之一。尽管相较于高温高压法(HighNitrogenPressureSolution) 与氨热法(AmmothermalGrowth),钠流法对生长装置的要求已经没 有那么苛刻，但其装置仍需同时承受温度800℃左右、压力5MPa左 右的考验，并且存在生长溶液混合不均匀的问题，中国专利CN 1922345A通过一个贯穿反应釜的传动轴实现外部机械旋转传入到反 应釜内部以解决生长溶液混合不均匀的问题，但是该设计由于要对反 应釜与传动轴接触处进行额外的密封处理，而装置需同时承受高温高 压，因此局限了密封材料选材的范围，增加了装置制造的难度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明设计一种液相生长氮化镓晶体的装 置，在实现生长溶液混合均匀目的的同时，可以避免反应釜出现额外 的密封处，有效地降低了装置制造难度，节约设备成本。

本发明采取的技术方案如下：

一种液相生长氮化镓晶体的装置，包括：反应釜、置于反应釜外 部的加热装置、放置于反应釜内部的坩埚、坩埚内装有晶体生长溶液、 和淹没在晶体生长溶液中的籽晶，还包括电磁感应装置及其所驱动的 搅拌装置，具体有下面两种：

第一种电磁感应装置及其所驱动的搅拌装置，其特征在于，由电 磁感应装置驱动搅拌器旋转搅拌晶体生长溶液；所述电磁感应装置， 包括：置于反应釜外的外部线圈装置及与外部线圈装置连接的交变电 源、置于反应釜内的内部线圈装置，外部线圈装置与内部线圈装置位 置内外相对应；所述内部线圈装置设置在反应釜的内部，位于坩埚上 方，通过中轴固定于反应釜顶部；所述搅拌器浸没在生长溶液中，固 定连接于内部线圈装置的下方，所述电磁感应装置驱动搅拌器旋转搅 拌晶体生长溶液。

第二种电磁感应装置及其所驱动的搅拌装置，其特征在于，由电 磁感应装置驱动坩埚旋转搅拌晶体生长溶液；所述电磁感应装置，包 括：置于反应釜外的外部线圈装置及与其连接的交变电源、置于反应 釜内的内部线圈装置，外部线圈装置与内部线圈装置位置内外相对应； 所述支撑台固定连接于内部线圈装置上面，坩埚固定连接于支撑台上 面；所述电磁感应装置，处在反应釜下部、坩埚下方。

所述搅拌器的类型为，或旋桨式，或涡轮式，或桨式，或锚式， 或折叶式，或螺带式。

所述内部线圈装置、外部线圈装置为，或空芯线圈，或铁氧体线 圈，或铁芯线圈，或铜芯线圈。

所述内部线圈装置、外部线圈装置，其线圈个数均大于或等于一 个。

所述交变电源为，或交流电源，或电压电流大小和方向随时间作 不规则变化的电源。

所述籽晶是，或蓝宝石衬底，或碳化硅衬底，或硅衬底，或衬底 上沉积氮化物薄膜的复合衬底，或氮化物自支撑衬底；所述籽晶的放 置，或是水平放置，或非水平放置；所述籽晶至少设置一片。

本发明的有益效果在于：

1、对反应釜没有造成额外密封处的情况下，实现晶体生长溶液 的混合均匀，促进晶体均匀生长。

2、通过对交变电源所输出的电流电压控制，实现搅拌可控，促 进氮化镓可控生长。

附图说明

附图1是本发明实施例一中的液相生长氮化镓晶体的装置示意 图；

附图2是本发明实施例二中的液相生长氮化镓晶体的装置示意 图。

附图标记说明：

11：外部线圈装置，12：内部线圈装置，13：交变电源，14： 中轴，15：搅拌器，16：支撑台，21：加热装置，22：反应釜， 23：坩埚，24：气路装置，3：晶体生长溶液，4：籽晶。

具体实施方式