一种多片式氮化镓晶体生长装置及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115787061A(43)申请公布日2023.03.14(21)申请号202211435950.8(22)申请日2022.11.16(71)申请人西安交通大学地址710048陕西省西安市碑林区咸宁西路28号(72)发明人李振荣黄戈萌杨琛马明巩蕊玲夏颂(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200专利代理师安彦彦(51)Int.Cl.C30B9/12(2006.01)C30B29/40(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种多片式氮化镓晶体生长装置及方法(57)摘要本发明公开一种多片式氮化镓晶体生长装置及方法，在基座的插槽中插入多片籽晶，将嵌有籽晶的基座放入坩埚中，加入生长溶液；坩埚装入高压反应釜中，将反应釜放入高温晶体生长炉中，抽真空后通入含氮气体；在生长温度以及生长压力下，通过摇摆使生长溶液处于流动状态，含氮气体中氮气分子在助熔剂的作用下解离为氮离子，当生长溶液中氮的溶解浓度达到外延生长所需阈值时，在多片籽晶表面外延生长GaN晶体。本发明中含氮气体中氮气分子解离为氮离子，通过使生长溶液流动，生长溶液的强制对流促进了氮离子的扩散与对流，有效提高了氮在生长溶液中溶解的均匀性，并且保证了多片籽晶生长的一致性。CN115787061ACN115787061A权利要求书1/1页1.一种多片式氮化镓晶体生长装置，其特征在于，包括摇摆装置框架(1)、晶体生长炉(4)，晶体生长炉(4)设置在摇摆装置框架(1)上，晶体生长炉(4)内设置有密封釜体(5)，釜体(5)内设置有基座，基座上开设有若干用于放置籽晶(8)的插槽，釜体(5)的顶部设置有伸入到釜体(5)内部的通气管(9)。2.根据权利要求1所述的一种多片式氮化镓晶体生长装置，其特征在于，摇摆装置框架(1)顶部设置有转动轴(3)，晶体生长炉(4)通过炉体固定夹套(2)设置在转动轴(3)上；基座采用氮化硼基座、氧化铝基座、氧化钇基座、氧化锆基座、钽基座或碳化钨基座；基座为阶梯形基座(10)、矩形基座(11)或环形基座(12)。3.根据权利要求1所述的一种多片式氮化镓晶体生长装置，其特征在于，密封釜体(5)内设置有坩埚(6)，基座设置在坩埚(6)内；坩埚(6)采用氮化硼坩埚、氧化铝坩埚、氧化钇坩埚、氧化锆坩埚、钽坩埚、碳化钨坩埚或钼坩埚；坩埚(6)形状为方柱形或圆柱形中的一种。4.一种多片式氮化镓晶体生长方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在基座的插槽中插入多片籽晶，将嵌有籽晶的基座放入坩埚中，加入生长溶液；2)坩埚装入高压反应釜中，将反应釜放入高温晶体生长炉中，抽真空后通入含氮气体；3)在生长温度以及生长压力下，通过摇摆使生长溶液处于流动状态，含氮气体中氮气分子在助熔剂的作用下解离为氮离子，通过调节摇摆的摆角和频率控制氮离子的传输速度，当生长溶液中氮的溶解浓度达到外延生长所需阈值时，在多片籽晶表面外延生长GaN晶体。5.一种根据权利要求4所述的一种多片式氮化镓晶体生长方法，其特征在于，生长温度在973K至1373K之间；生长压力为2.0～4.5MPa。6.一种根据权利要求5所述的一种多片式氮化镓晶体生长方法，其特征在于，籽晶为GaN薄膜籽晶或GaN体单晶；籽晶在基座上的分布为环形多片分布、扇形多片分布、竖直多片分布、阶梯多片分布或者不规则分布；籽晶的表面为c面、m面、a面与γ面中的一种或几种；籽晶的尺寸大于等于1英寸。7.一种根据权利要求6所述的一种多片式氮化镓晶体生长方法，其特征在于，生长溶液为金属镓和助熔剂的混合物，金属镓和助熔剂的摩尔比为15:85～30:70。8.一种根据权利要求7所述的一种多片式氮化镓晶体生长方法，其特征在于，助熔剂为碱金属、碱土金属、碱金属氮化物、碱土金属氮化物中的一种或几种。9.一种根据权利要求8所述的一种多片式氮化镓晶体生长方法，其特征在于，碱金属为钠、锂与钾中的一种或几种；碱土金属为镁、钙、锶与钡中的一种或几种。10.一种根据权利要求6所述的一种多片式氮化镓晶体生长方法，其特征在于，含氮气体为氮气、氨气、由氮气和氩气混合而成的混合气、由氨气和氩气混合而成的混合气以及由氮气、氨气和氩气混合而成的混合气中的一种或几种。2CN115787061A说明书1/6页一种多片式氮化镓晶体生长装置及方法技术领域[0001]本发明属于晶体制备技术领域，具体涉及一种多片式氮化镓晶体生长装置及方法。背景技术[0002]氮化镓(GaN)是第三代宽禁带半导体核心材料之一，具有禁带宽度大、电子迁移率高、击穿电场强、抗辐射能力强以及热导率高等特性，是制作高功率、高频率、高效率电力电子、光电子以及微波射频器件的理想材料。目前，GaN晶体的生长方法主要有氢化物气相外延法(HVPE)、高压