[发明专利]用于金属-非金属化合物的表面活性剂晶体生长的方法

说明书

所公开的技术的领域

所公开的技术一般而言涉及晶体生长，并且具体而言涉及使用表面活性剂生长金属-非金属化合物的晶体的方法和系统。

所公开的技术的背景

在本领域用于从液态熔体生长晶体的方法是已知的。例如，颁予Xu的标题为“GaN boule grown from liquid melt using GaN seed wafers”的美国专利No.7,097,707涉及用于制备单晶GaN梨晶的方法。第一种方法包括在工艺条件下使GaN种子晶圆接触GaN源环境的程序。工艺条件包括在GaN源环境中的热梯度以用于在GaN种子晶圆上产生氮化镓的生长，因而形成GaN梨晶。源环境可选自镓熔体和氮源或含有溶解的GaN的超临界氨中。

第二种方法包括在氮源存在且在热梯度下提供镓熔体并使GaN种子晶圆与镓熔体接触的程序。这产生在GaN种子晶圆上氮化镓的生长，从而形成GaN梨晶。将GaN种子晶圆连接至可旋转杆。在GaN梨晶生长期间从镓熔体中拉动杆和GaN种子晶圆的同时，旋转可旋转杆，因而旋转GaN种子晶圆。氮源包含氮等离子体，所述氮等离子体包括原子氮、氮离子和二氮离子。同样周围环境由镓熔体和GaN种子晶圆形成。通过选自直流放电、射频放电和微波放电的放电技术来产生氮等离子体。镓熔体的温度是约900℃至约1500℃。通过氮源和镓熔体之间的反应，在镓熔体表面形成GaN硬层(crust)。热梯度包括在GaN硬层上比在GaN种子层上更高的温度，由此经由镓熔体中溶解的原子氮将氮化镓由硬层运送至GaN种子晶圆上的氮化镓的生长上。在所述硬层上在所述温度下将硬层中的GaN降解成具有平衡浓度的原子氮。原子氮的平衡浓度相对于GaN种子晶圆的温度是过饱和的，因而在种子晶圆上产生GaN的同质外延生长。

颁予Fuiiwara等的标题为“Group III nitride crystal and method of its growth”的美国专利No.7,892,513涉及晶体生长方法。所述方法包括以下步骤：制备具有主表面的衬底，以及至少在其主表面侧上包括具有与第III族氮化物晶体相同的化学组成的第III族氮化物晶种。沿着主表面的穿透位错(threading dislocations)的平均密度是5x10⁶cm^-2或更低。所述方法还包括使其中含氮气体溶解于含第III族金属溶剂的溶液与衬底的主表面接触，以使第III族氮化物晶体生长至衬底的主表面的步骤。

本公开技术的概要

所公开的技术的目的是提供用于从停留于薄的液态金属润湿层上的表面活性剂生长高质量金属-非金属化合物晶体的晶体生长的新型方法和系统。根据所公开的技术，因而提供用于从金属-非金属(MN)化合物的表面活性剂的晶体生长的方法，所述方法包括提供晶种并引入第一金属的原子以与晶种接触以便在晶种的至少一个表面上形成薄的液态金属润湿层的程序。所述方法还包括将晶种的温度设定为低于在薄的液态金属润湿层中溶解MN分子所需的最低温度并高于第一金属的熔点的程序。每一个MN分子均由至少一个第二金属的原子和至少一个第一非金属的原子形成。所述方法还包括引入形成MN表面活性剂单层的MN分子的程序，从而促进在MN表面活性剂单层和晶种表面之间形成薄的液态金属润湿层。所述方法最终包括调节薄的液态金属润湿层的厚度的程序，使得至少一些MN表面活性剂单层的MN分子与晶种表面偶联，从而在晶种上生长MN化合物的外延层。

根据所公开的技术的另一方面，因而提供用于从金属-非金属(MN)化合物的表面活性剂晶体生长的方法，所述方法包括提供晶种并在晶种附近引入第一金属的原子以便在晶种的至少一个表面上形成薄的液态金属润湿层的程序。所述方法还包括将晶种的温度设定为低于在薄的液态金属润湿层中溶解MN分子所需的最低温度并高于第一金属的熔点的程序。每一个MN分子均由至少一个第二金属的原子和至少一个第一非金属的原子形成。所述方法还包括引入形成MN表面活性剂单层的MN分子的程序，从而促进在MN表面活性剂单层和晶种表面之间形成薄的液态金属润湿层。所述方法最终包括调节薄的液态金属润湿层的厚度使得MN表面活性剂单层的至少一些MN分子与晶种表面偶联，从而在晶种上生长MN化合物的外延层的程序。