提升氮源溶解度的半导体晶体的生长系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种提升氮源溶解度的半导体晶体的生长系统。所述系统包括助熔剂法半导体晶体生长设备，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：对所述半导体晶体生长所需的籽晶和/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等离子体作为所述半导体晶体生长所需的氮源。本实用新型专利技术提供的一种提升氮源溶解度的半导体晶体的生长系统，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，从而能够同时提升半导体晶体的生长均匀性以及晶体生长质量。及晶体生长质量。及晶体生长质量。

【技术实现步骤摘要】
提升氮源溶解度的半导体晶体的生长系统


[0001]本技术涉及一种半导体晶体的生长系统，特别涉及一种提升氮源溶解度的助熔剂法半导体晶体的生长系统及方法，属于电子科学与技术、半导体材料与器件、柔性电子学


技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]本技术的主要目的在于提供一种提升氮源溶解度的半导体晶体的生长系统，以克服现有技术中的不足。
[0007]为实现前述技术目的，本技术采用的技术方案包括：
[0008]本技术实施例提供了一种提升氮源溶解度的半导体晶体的生长系统，其包括半导体晶体生长设备、N等离子体发生器和旋转驱动机构，
[0009]所述半导体晶体生长设备包括可供半导体晶体生长的生长腔室，所述生长腔室内
设置有晶托和反应容器，所述晶托设置在所述反应容器内，所述晶托用于承载半导体晶体生长所需的籽晶和/或衬底，所述反应容器用于容置半导体晶体生长所需的生长体系；
[0010]所述N等离子体发生器经等离子体通道与所述生长腔室相连通，所述等离子体通道活动设置在所述生长腔室内，且所述等离子体通道设置在生长腔室内的部分还设置有射流出口，其中，所述的N等离子体发生器至少用于对所述籽晶和/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等离子体作为所述半导体晶体生长所需的氮源；
[0011]所述旋转驱动机构与所述等离子体通道和晶托中的至少一者传动连接，并至少用于驱使所述等离子体通道或晶托自旋转。
[0012]与现有技术相比，本技术的优点包括：本技术实施例提供的一种提升氮源溶解度的半导体晶体的生长系统，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，从而能够同时提升半导体晶体的生长均匀性以及晶体生长质量。
附图说明
[0013]图1是本技术一典型实施案例中提供的一种提升氮源溶解度的半导体晶体的生长系统的结构示意图；
[0014]图2是本技术一典型实施案例中提供的又一种提升氮源溶解度的半导体晶体的生长系统的结构示意图；
[0015]图3是本技术一典型实施案例中提供的又一种提升氮源溶解度的半导体晶体的生长系统的结构示意图；
[0016]图4
‑
图9分别是实施例1、实施例2、实施例3以及对比例1生长获得氮化镓单晶的电镜图。
具体实施方式
[0017]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本技术的技术方案。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。
[0018]本技术说明书中涉及的一些技术术语的解释如下：
[0019]润湿角θ：是指液相与固相的接触点处液固界面和液态表面切线的夹角，该夹角小于90
°
时表示润湿，大于90
°
表示不润湿。
[0020]助熔剂法：又称熔盐法，借助助熔剂从熔体中人工制取单晶的一种方法。物料在低于其熔点时，即被坩埚中的助熔剂熔化，并可使其结晶过程在常压下进行是此法的最大优点。因为这种方法的生长温度较高，故一般称为高温溶液生长法。它是将晶体的原成分在高温下溶解于低熔点助熔剂溶液内，形成均匀的饱和溶液，然后通过缓慢降温或其他办法，形成过饱和溶液，使晶体析出。
[0021]表面能：是恒温、恒压、恒组成情况下，可逆地增加物系表面积须对物质所做的非体积功；表面能的另一种定义是：表面粒子相对于内部粒子所多出的能量。
[0022]等离子体：等离子体是不同于固体、液体和气体的物质第四态。等离子体(plasma)又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子
化气体状物质，尺度大于德拜长度的宏观电中性电离气体，其运动主要受电磁力支配，并表现出显著的集体行为。
[0023]本案技术人研究发现，N等离子体能量较高，以N等离子体发生器产生的N等离子体作为氮化物晶体生长的氮源，能够使得氮源更好溶解在金属镓源中，从而能够进一步提高氮源的溶解度，降低氮空位缺陷等缺陷的产生；另外，N等离子体作为氮源还能够有效提高氮源溶解度，降低生长压力，使得生长体系内的氮气压力保持在较低的水平，且基于该方法的生长装备容易制造，可以降低合成成本和装备制造技术难度，进一步加速液相法生长氮化物体单晶的产业化进程，使得助熔剂法液相外延生长晶体质量高、生长速率快的氮化物体单晶成为可能。
[0024]本案技术人研究还发现，在现有的半导体晶体的生长系统中引入N等离子体发生器，在进行助熔剂法液相外延生长半导体晶体之前，首先对籽晶/衬底进行N等离子体处理，使得衬底/籽晶处于较高的能量状态，并且N等离子体处理能够使得衬底/籽晶表面产生缺陷位点，当处理后的衬底/籽晶与液态金属接触时，可以降低液态金属的表面张力，从而降低金属镓和衬底/籽晶之间的润湿角θ，提升衬底/籽晶表面金属熔液的流动性，使得衬底/籽晶表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升氮源溶解度的半导体晶体的生长系统，其特征在于包括半导体晶体生长设备、N等离子体发生器和旋转驱动机构，所述半导体晶体生长设备包括可供半导体晶体生长的生长腔室，所述生长腔室内设置有晶托和反应容器，所述晶托设置在所述反应容器内，所述晶托用于承载半导体晶体生长所需的籽晶和/或衬底，所述反应容器用于容置半导体晶体生长所需的生长体系；所述N等离子体发生器经等离子体通道与所述生长腔室相连通，所述等离子体通道活动设置在所述生长腔室内，且所述等离子体通道设置在生长腔室内的部分还设置有射流出口，其中，所述的N等离子体发生器至少用于对所述籽晶和/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等离子体作为所述半导体晶体生长所需的氮源；所述旋转驱动机构与所述等离子体通道和晶托中的至少一者传动连接，并至少用于驱使所述等离子体通道或晶托自旋转。2.根据权利要求1所述的生长系统，其特征在于：所述N等离子体发生器与多个等离子体通道连接，该多个等离子体通道的部分设置在所述生长腔室内，并分别形成多个射流出口，所述射流出口朝向所述晶托。3.根据权利要求2所述的生长系统，其特征在于：该多个等离子体通道之间还相互连通。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：司志伟，刘宗亮，徐科，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：新型
国别省市：