[发明专利]助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的系统及方法

说明书

本发明公开了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的系统及方法。所述系统包括助熔剂法氮化物单晶生长设备，以及，所述的系统还包括N等离子体发生器，所述的N等离子体发生器至少用于：对所述氮化物单晶生长所需的籽晶和/或衬底进行N等离子体处理，以使所述籽晶和/或衬底表面产生缺陷位点；和/或，提供N等离子体作为所述氮化物单晶生长所需的氮源。本发明实施例提供的一种提升氮源溶解度的助熔剂法氮化物单晶均匀化生长的方法，采用氮等离子体发生器产生氮等离子体，然后利用氮等离子体处理籽晶/衬底，并且利用氮等离子体发生器产生氮等离子体作为氮源，从而能够同时提升氮化物单晶的生长均匀性以及晶体生长质量。

技术领域

本发明涉及一种助熔剂法氮化物单晶的方法，特别涉及一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的系统及方法，属于电子科学与技术、半导体材料与器件、柔性电子学技术领域。

背景技术

氮化镓作为第三代半导体核心材料之一，具有禁带宽度大，电子迁移率高，击穿场强高，热导率高，介电常数小，抗辐射性能强，良好的化学稳定性等优良特性。氮化镓在光学器件和大功率电子器件上都有广泛的应用，如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)和大功率晶体管。目前，生产氮化镓单晶衬底方法主要有四种，高压熔液法，氢化物气相外延法，氨热法，助熔剂法。助熔剂法作为一种近热力学平衡态下的生长方法，具有诸多优势，是目前国际上公认的获得低成本、高质量、大尺寸氮化镓体单晶的生长方法之一。

助熔剂法氮化镓体单晶的一般生长过程为：选取适当原料(主要为金属镓、金属钠、碳添加剂等)成分配比，将装有生长原料和氮化镓籽晶的坩埚置于生长炉中，在一定生长温度、一定生长压力的氮气氛围，通过控制不同的生长时间，在氮化镓籽晶上液相外延获得不同厚度的氮化镓体单晶。

相关人员研究发现，在助熔剂法氮化镓体单晶的生长过程中，由于氮源溶解度低，导致产生氮空位缺陷，另外,文献报道，氮源溶解度低的情况下(即贫氮的环境下)，还容易产生氧杂质等杂质缺陷，并且，氮源溶解度低，还会造成原料输运效率降低、氮化镓单晶生长速率低、生长周期以及生长成本较高等问题。

为了克服氮源溶解度低的问题，本领域技术人员一般采用机械结构搅拌熔液法来提高熔液的均匀化，但机械结构搅拌熔液所基于的机械结构较为复杂，并且搅拌器还容易引入新的杂质和气泡，同时，搅拌还容易破坏生长的平衡条件，造成氮化镓无序结晶，易于生长多晶等不利于氮化镓单晶生长的新问题；在搅拌过程中并入较多新的杂质和气泡，也增加了其他缺陷产生的概率，导致晶体的生长质量降低的问题发生。另一种方法是通过提升氮气压力来提高氮源溶解度，但该方法势必会增加设备的制造难度；另外，通过添加金属Na作为助熔剂来提升氮源溶解度的量级仍然有限，并且还会使得生长环境引入较多的金属钠杂质，使得生长的氮化镓单晶纯度难以达到指定的水平。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的系统及方法，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：

本发明实施例提供了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的系统，包括助熔剂法氮化物单晶生长设备，以及，所述的系统还包括N等离子体发生器，所述的N等离子体发生器至少用于：

对所述氮化物单晶生长所需的籽晶和/或衬底进行N等离子体处理，以使所述籽晶和/或衬底表面产生缺陷位点；和/或，提供N等离子体作为所述氮化物单晶生长所需的氮源。

本发明实施例提供了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，所述方法中使用的籽晶和/或衬底是经N等离子体处理过的，且表面形成有缺陷位点。

本发明实施例提供了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，所述方法中使用的氮源包括N等离子体。

本发明实施例提供了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，所述方法使用的籽晶和/或衬底是经N等离子体处理后表面形成有缺陷位点的籽晶和/或衬底，且使用的氮源包括N等离子体。