一种减少氮化镓孔洞产生的装置及方法制造方法及图纸

技术编号：40956917 阅读：4 留言：0更新日期：2024-04-18 20:33

本发明专利技术属于晶体生长装置领域，提供了一种减少氮化镓孔洞产生的装置及方法，包括进气管、出气管、吹扫管和籽晶区，所述出气管的下方设置籽晶区；所述进气管包括第一进气管和第二进气管，所述出气管为内外双壁结构，包括套装的内外套管，外套管套装在内套管外，所述第一进气管连通所述外套管，所述第二进气管连通所述内套管；所述吹扫管包括第一吹扫管和第二吹扫管，第一吹扫管的末端朝向籽晶区，第二吹扫管的末端朝向出气管末端，所述第一吹扫管的长度可调。本方案可以有效解决现有技术生长氮化镓产生较多的孔洞的问题，极大的提高了制备氮化镓的晶体质量。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于晶体生长装置领域，具体涉及一种减少氮化镓孔洞产生的装置及方法。

技术介绍

1、以氮化镓为代表的第三代半导体材料具有击穿场强高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势，因此采用氮化镓制备的半导体器件能在更高的温度下稳定运行，适用于高电压、高频率等应用场景。此外，它还能以较少的电能消耗，获得更高的运行能力，因此更适合于制作高温、高频、抗辐射以及大功率器件。

2、由于氮化镓特殊的性质，在常压下还未加热到熔点就会发生分解，因此传统的熔体法不适用与氮化镓的生长，而氢化物气相外延法(hvpe)具有可常压生长、生长速率快和生长材料纯度高等优势，因此hvpe法是当前制备氮化镓衬底的主流技术。生长氮化镓的hvpe单晶炉分为两个加热区，在第一加热区，hcl气体与金属镓发生反应，生成gacl，然后被输送到第二加热区与nh3发生反应，在籽晶表面沉积生成氮化镓。

3、由于在生长过程中，未与金属镓反应的hcl会在高温区与nh3反应生成nh4cl粉尘，并且会在出气口底部附着少量的多晶，在生长过程中会有部分粉尘和多晶粒掉落在籽晶表面，生长结束后，将在生长晶体表面形成六方孔洞，形成表面宏观缺陷，严重影响生长氮化镓的晶体质量。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种减少氮化镓孔洞产生的装置及方法，可以有效解决现有技术生长氮化镓产生较多的孔洞的问题，极大的提高了制备氮化镓的晶体质量。

2、为解决以上问题，本专利技术通过以下技术方案实现：

3、一种减少氮化镓孔洞产生的装置，包括进气管、出气管、吹扫管和籽晶区，所述出气管的下方设置籽晶区；所述进气管包括第一进气管和第二进气管，所述出气管为内外双壁结构，包括套装的内外套管，外套管套装在内套管外，所述第一进气管连通所述外套管，所述第二进气管连通所述内套管；所述吹扫管包括第一吹扫管和第二吹扫管，第一吹扫管的末端朝向籽晶区，第二吹扫管的末端朝向出气管末端，所述第一吹扫管的长度可调。

4、进一步的，所述第一进气管设置有两个，两个所述第一进气管分别位于所述第二进气管的两侧。

5、进一步的，所述第一进气管通有nh3或nh3和惰性气体的混合气，所述第二进气管通有gacl或gacl和惰性气体的混合气。

6、进一步的，所述第一进气管通有gacl或gacl和惰性气体的混合气，所述第二进气管通有nh3或nh3和惰性气体的混合气。

7、进一步的，所述籽晶区包括籽晶杆，籽晶杆顶部连接有籽晶托，籽晶托上设有籽晶，所述籽晶托水平或者倾斜设置。

8、进一步的，所述第一吹扫管末端的管底平齐或高于籽晶上表面；所述第二吹扫管末端的管顶平齐或低于出气管的末端。

9、进一步的，所述出气管底部设有对应所述外套管的多孔结构一，所述出气管底部设有对应所述内套管的多孔结构二。

10、进一步的，所述第一吹扫管的顶端连接有可伸缩的波纹管，所述波纹管的顶端固定设置，所述第一吹扫管上通过固定座连接有丝杆电机。

11、进一步的，所述吹扫管的材质为石英、陶瓷或其他耐高温耐腐蚀的金属，所述进气管和出气管均为耐高温耐腐蚀的石英材质。

12、一种减少氮化镓孔洞产生的方法，包括以下步骤：

13、步骤一：在第一吹扫管和第二吹扫管中通入惰性气体，分别吹扫籽晶区和出气管的末端；

14、步骤二：吹扫一段时间后，第一吹扫管和第二吹扫管中停止通入惰性气体；

15、步骤三：在第一进气管中通入nh3气体，经由外套管流出，在第二进气管中通入gacl气体，经由内套管流出，两种气体均匀沉积在籽晶表面，反应生成氮化镓；

16、步骤四：生长一段时间后，第二进气管中停止通入gacl气体改为通入惰性气体；第一进气管中一直通入nh3气体；

17、步骤五：重复步骤一到步骤四，反复吹扫、生长多次；

18、步骤六：生长结束后，第二进气管中停止通入gacl气体，待降温结束后，停止通入nh3气体，一轮生长氮化镓结束。

19、本专利技术具有的有益效果为：增加吹扫管，在生长前对出气管底部和籽晶表面做吹扫，可以去除附着在出气管底部和籽晶表面的粉尘颗粒，降低生长氮化镓表面产生孔洞的几率。采用带有双壁结构的出气管与进气管连通，可以将参与反应的nh3和gacl气体相对均匀的引入和引出出气管，尽量保障输送两气体过程的一致性，同时避免nh3和gacl发生预反应。

20、另外，在生长一段时间后，停止通入gacl气体，暂停生长过程，然后在吹扫管中通入惰性气体，对出气管底部和氮化镓表面进行再次吹扫，去除反应生成的粉尘和多晶粒；在生长过程中进行多次反复吹扫，可以极大的降低生长氮化镓表面孔洞的产生，这样可以大大的提高生长氮化镓单晶的质量，提高合格率。

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【技术保护点】

1.一种减少氮化镓孔洞产生的装置，其特征在于：包括进气管、出气管、吹扫管和籽晶区，所述出气管的下方设置籽晶区；所述进气管包括第一进气管(1)和第二进气管(2)，所述出气管为内外双壁结构，包括套装的内外套管，外套管(4)套装在内套管(3)外，所述第一进气管(1)连通所述外套管(4)，所述第二进气管(2)连通所述内套管(3)；所述吹扫管包括第一吹扫管(5)和第二吹扫管(6)，第一吹扫管(5)的末端朝向籽晶区，第二吹扫管(6)的末端朝向出气管末端，所述第一吹扫管(5)的长度可调。

2.根据权利要求1所述的一种减少氮化镓孔洞产生的装置，其特征在于：所述第一进气管(1)设置有两个，两个所述第一进气管(1)分别位于所述第二进气管(2)的两侧。

3.根据权利要求1或2所述的一种减少氮化镓孔洞产生的装置，其特征在于：所述第一进气管(1)通有NH3或NH3和惰性气体的混合气，所述第二进气管(2)通有GaCl或GaCl和惰性气体的混合气。

4.根据权利要求1或2所述的一种减少氮化镓孔洞产生的装置，其特征在于：所述第一进气管(1)通有GaCl或GaCl和惰性气体的混

5.根据权利要求1所述的一种减少氮化镓孔洞产生的装置，其特征在于：所述籽晶区包括籽晶杆(7)，籽晶杆(7)顶部连接有籽晶托(8)，籽晶托(8)上设有籽晶(9)，所述籽晶托(8)水平或者倾斜设置。

6.根据权利要求1所述的一种减少氮化镓孔洞产生的装置，其特征在于：所述第一吹扫管(5)末端的管底平齐或高于籽晶(9)上表面；所述第二吹扫管(6)末端的管顶平齐或低于出气管的末端。

7.根据权利要求1所述的一种减少氮化镓孔洞产生的装置，其特征在于：所述出气管底部设有对应所述外套管(4)的多孔结构一(10)，所述出气管底部设有对应所述内套管(3)的多孔结构二(11)。

8.根据权利要求1所述的一种减少氮化镓孔洞产生的装置，其特征在于：所述第一吹扫管(5)的顶端连接有可伸缩的波纹管(13)，所述波纹管(13)的顶端固定设置，所述第一吹扫管(5)上通过固定座(12)连接有丝杆电机(14)。

9.根据权利要求1所述的一种减少氮化镓孔洞产生的装置，其特征在于：所述吹扫管的材质为石英、陶瓷或其他耐高温耐腐蚀的金属，所述进气管和出气管均为耐高温耐腐蚀的石英材质。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种减少氮化镓孔洞产生的方法，其特征在于，包括以下步骤：

...

【技术特征摘要】

3.根据权利要求1或2所述的一种减少氮化镓孔洞产生的装置，其特征在于：所述第一进气管(1)通有nh3或nh3和惰性气体的混合气，所述第二进气管(2)通有gacl或gacl和惰性气体的混合气。

4.根据权利要求1或2所述的一种减少氮化镓孔洞产生的装置，其特征在于：所述第一进气管(1)通有gacl或gacl和惰性气体的混合气，所述第二进气管(2)通有nh3或nh3和惰性气体的混合气。

5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，王守志，张雷，王国栋，俞娇仙，齐占国，徐现刚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：

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