[发明专利]助熔剂法生长GaN单晶体系中促进籽晶液相外延的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种助熔剂法生长氮化镓单晶的方法，特别涉及一种助熔剂法生长GaN单晶体系中促进籽晶液相外延的方法，属于材料科学领域。

背景技术

助熔剂法(Na Flux method)生长氮化镓(GaN)单晶具有诸多优势，是目前国际上公认的可实现高质量、大尺寸氮化镓体单晶产业化生产的生长技术之一。由于氮化镓单晶的生长体系(如下简称“生长体系”)一般采用含有金属钠和金属镓的黏性液相金属和氮气作为生长源，在生长过程中，于气液界面处氮源首先达到过饱和，形成氮化镓多晶壳层，导致外部氮气在气液界面处被阻断，从而导致生长体系氮源供给中断，进而使生长体系中的氮化镓籽晶停止液相外延生长；形成的氮化镓多晶壳层一方面阻断体系氮源供给，另一方面消耗体系中金属镓源。因此，有效抑制生长体系中这种多晶的形成已经成为该生长技术中的关键难点之一。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种助熔剂法生长GaN单晶体系中促进籽晶液相外延的方法，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供的一种助熔剂法生长GaN单晶体系中促进籽晶液相外延的方法包括：在以助熔剂法生长氮化镓单晶的过程中，于氮化镓单晶的生长体系内添加碳添加剂，所述碳添加剂包括氮化后的碳材料。

较为优选的，所述碳添加剂由氮化后的碳材料组成。

本发明实施例提供的一种助熔剂法生长GaN单晶体系中促进籽晶液相外延的方法具体包括：在无水无氧环境中，将金属钠与金属镓混合，之后依次加入氮化后的碳材料和氮化镓籽晶，形成氮化镓单晶的生长体系；

将所述氮化镓单晶的生长体系转移至外延生长设备中，在压力为3～10MPa、温度为700～1000℃条件下，进行氮化镓单晶的液相外延生长。

与现有技术相比，本发明方法中，通过在助熔剂法生长氮化镓单晶的体系内添加中氮化后的碳材料作为添加剂，可以有效抑制氮化镓多晶的形成，促进氮化镓籽晶液相外延生长，并有效降低氮化镓籽晶生长前期的籽晶回溶。

附图说明

图1是本发明实施例1-2及对照例1-2中采用不同碳添加剂与氮化镓籽晶液相外延增加速率的关系图。

图2a-图2b为本发明对比例1中添加未氮化的介孔碳后籽晶回溶SEM图和全光CL图。

图2c-图2d为本发明实施例1中添加氮化的介孔碳后籽晶回溶SEM图和全光CL图。

具体实施方式

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，得以提出本发明的技术方案。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。

本发明实施例提供了一种助熔剂法生长GaN单晶体系中促进籽晶液相外延的方法，其包括：在以助熔剂法生长氮化镓单晶的过程中，于氮化镓单晶的生长体系内添加碳添加剂，所述碳添加剂包括氮化后的碳材料。

在一些较为具体的实施方案中，所述的助熔剂法生长GaN单晶体系中促进籽晶液相外延的方法包括：在无水无氧环境中，将金属钠、金属镓、碳添加剂与氮化镓籽晶均匀混合，之后以助熔剂法进行氮化镓单晶的液相外延生长。

较为优选的，所述碳添加剂的用量为氮化镓单晶生长体系内金属钠和金属镓总量的0.005mol％～1.0mol％。

较为优选的，所述助熔剂法中采用的反应温度为700～1000℃，反应压力为3～10MPa。

较为优选的，所述碳添加剂采用氮化后的碳材料。

前述氮化后的碳材料，是对各种结构的碳材料进行氮化而形成的含氮的碳材料。

前述氮化后的碳材料可以通过市售途径获取，亦可采用业界已知的方式制取(例如可参阅：Appl.Phys.Lett.，2000，77，2530；Appl.Phys.Lett.2001，78，978等)。

典型的氮化后的碳材料可以选自氮化的石墨、石墨烯、活性炭、碳纳米管和介孔碳中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

在一些实施方案中，可以将碳源在含氮气氛中进行高温氮化处理，形成所述氮化后的碳材料。

在一些实施方案中，可以将碳源与氮源混合后进行高温氮化处理，获得所述氮化后的碳材料。

进一步的，所述碳源包括石墨、石墨烯、活性炭、碳纳米管和介孔碳中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步的，所述氮源包括但不限于三聚氰胺。

进一步的，所述含氮气氛包括氮气或氨气气氛，但不限于此。