[实用新型]助熔剂法生长均匀的氮化物单晶的系统

说明书

本实用新型公开了一种助熔剂法生长均匀的氮化物单晶的系统。所述系统包括：单晶生长单元、原料循环单元、搅拌单元和氮气供给单元；所述单晶生长单元包括可供反应生长氮化物单晶的反应腔室，所述原料循环单元包括用以容置生长氮化物单晶所需原料的循环腔室，所述反应腔室与所述循环腔室相互连通，且所述原料能够在所述反应腔室与循环腔室之间循环流动；所述搅拌单元至少用以对所述循环腔室和/或反应腔室内的原料进行搅拌；所述氮气供给单元至少用以向所述循环腔室和/或反应腔室内提供氮气。本实用新型利用原料循环单元以及搅拌单元对反应腔室和循环腔室内的原料进行循环和搅拌，使生长形成的氮化物单晶均匀性更好、质量更高。

技术领域

本实用新型涉及一种生长氮化镓体单晶的系统，特别涉及一种助熔剂法生长均匀的氮化物单晶的系统，属于单晶材料生长技术领域。

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。

金属钠作为一种助熔剂能够促进N₂的N≡N三键断开形成氮离子(N^3-)，使得氮离子溶解在熔融的金属镓中，增加氮离子在熔融金属镓中的溶解度，促进氮化镓单晶的生长速率，然而，由于氮离子在熔融金属镓熔液液面附近的溶解度较大，易使得该区域熔液成为过饱和状态，从而使得该局部区域成核和生长，导致成核率过高，得到较多小晶粒，不利于助熔剂法氮化镓体单晶的液相外延生长；碳元素能够抑制坩埚壁多晶的产生从而提高氮化镓单晶的产率。

但是，在氮化镓生长过程中，一方面由于氮化镓熔融的生长原料(主要为金属镓、金属钠、碳添加剂等)分布不均匀，导致生长出来的氮化镓质量不均匀，另一方面，如图1所示，氮离子在熔融原料中分布不均匀，导致氮离子在熔融原料表面区域的溶解量较大，氮气的溶解量自熔融原料表面向下溶解量逐渐减小，导致氮含量在生长体系(熔融原料)内分布不均匀，进而导致氮化镓单晶生长速度较慢、生长质量较差且不均。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种助熔剂法生长均匀的氮化物单晶的系统，以克服现有技术中的不足。

为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型实施例提供了一种助熔剂法生长均匀的氮化物单晶的系统，其包括：单晶生长单元、原料循环单元、搅拌单元和氮气供给单元；

所述单晶生长单元包括可供反应生长氮化物单晶的反应腔室，所述原料循环单元包括用以容置生长氮化物单晶所需原料的循环腔室，所述反应腔室与所述循环腔室相互连通，且所述原料能够在所述反应腔室与循环腔室之间循环流动；

所述搅拌单元至少用以对所述循环腔室和/或反应腔室内的原料进行搅拌；所述氮气供给单元至少用以向所述循环腔室和/或反应腔室内提供氮气；所述搅拌单元和氮气供给单元能够使氮离子于所述原料内均匀分布，并使所述原料中的金属镓和氮离子的摩尔比值维持在指定范围内。

本实用新型实施例还提供了一种助熔剂法生长均匀的氮化物单晶的方法，其包括：

提供所述的助熔剂法生长均匀的氮化物单晶的系统；