一種晶體生長反應(yīng)釜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種反應(yīng)釜，具體地說是一種半導(dǎo)體晶體生長反應(yīng)釜。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體材料的主要代表，具有寬帶隙、高耐壓、高熱導(dǎo)等優(yōu)良性能，在光電子器件等領(lǐng)域都已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用。然而，目前制約氮化鎵光電子器件發(fā)展的最重要因素就是同質(zhì)外延襯底問題，由于高質(zhì)量氮化鎵襯底的缺乏，光電子器件材料均在晶格失配與熱失配較大的藍(lán)寶石及硅等襯底上外延生長，導(dǎo)致缺陷等不利因素，嚴(yán)重影響了器件的性能。為此，當(dāng)前已發(fā)展了氫化物氣相外延及氨熱法等多種研制氮化鎵單晶材料的工藝，在這些技術(shù)中，鈉助熔劑法(Na Flux)作為液相法的一種，因其相對溫和的生長條件(溫度可降低到900°C以內(nèi)，晶體生長壓力可至4~5MPa)，越來越受到廣泛的關(guān)注。
[0003]但是，傳統(tǒng)的液相法制備氮化鎵，使用的反應(yīng)釜為具有曲面壁的傳統(tǒng)反應(yīng)釜。曲面壁的存在，使熱傳導(dǎo)為非平面?zhèn)鲗?dǎo)，晶種模板表面的溫場難以達(dá)到高度均勻，生長的晶體容易存在較大的晶體質(zhì)量問題，如晶體厚度不均勻、裂紋及錯(cuò)位等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種晶體生長反應(yīng)釜，有效克服了傳統(tǒng)反應(yīng)釜曲面壁造成的反應(yīng)釜內(nèi)溫場不均勻的問題，特別是有效提高了晶種模板表面溫場的均勻度，提尚晶體質(zhì)量。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
一種晶體生長反應(yīng)釜，包括釜體，所述釜體的側(cè)壁為平面結(jié)構(gòu)，釜體內(nèi)設(shè)有腔體，該腔體的側(cè)壁為平面結(jié)構(gòu)，該腔體的側(cè)壁與釜體的側(cè)壁之間形成有晶體生長區(qū)，該晶體生長區(qū)放置晶種模板，釜體側(cè)壁外表面設(shè)有加熱器，腔體內(nèi)設(shè)有加熱器。
[0006]所述釜體內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)腔體，該腔體的側(cè)壁與釜體的側(cè)壁之間形成至少兩個(gè)晶體生長區(qū)。
[0007]所述不同晶體生長區(qū)相互連通或者相互獨(dú)立。
[0008]所述晶體生長區(qū)的寬度大于10毫米。
[0009]所述晶種模板放置在晶體生長區(qū)的中心位置或者任意位置。
[0010]所述釜體為但不限于側(cè)壁為平面結(jié)構(gòu)的三棱柱、四棱柱或五棱柱。
[0011]所述釜體內(nèi)設(shè)有一個(gè)腔體，該腔體的側(cè)壁與釜體的側(cè)壁之間形成相互連通的四個(gè)晶體生長區(qū)。
[0012]所述釜體內(nèi)設(shè)有并排平行的三個(gè)腔體，相鄰腔體的側(cè)壁之間以及腔體側(cè)壁和釜體側(cè)壁之間共形成四個(gè)晶體生長區(qū)。
[0013]所述釜體內(nèi)設(shè)有五個(gè)腔體，相鄰腔體的側(cè)壁之間以及腔體側(cè)壁和釜體側(cè)壁之間共形成十個(gè)晶體生長區(qū)。
[0014]所述加熱裝置為但不限于紅外加熱器、電阻加熱器或射頻加熱器。
[0015]本發(fā)明具有以下有益效果:
1、通過將反應(yīng)釜和腔體的側(cè)壁設(shè)置為平面結(jié)構(gòu)，可以使加熱裝置的溫場以平面形式分布，晶種模板表面的溫場處于平面分布狀態(tài)，均勻的溫場提高晶體質(zhì)量。
[0016]2、晶體生長區(qū)的寬度較小，加快了熱場的傳遞，進(jìn)一步提高溫場的均勻性。
[0017]3、一個(gè)反應(yīng)釜具有多個(gè)晶體生長區(qū)，可以同時(shí)生長多片晶體，提高了晶體生長效率。
【附圖說明】
[0018]附圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖4為本發(fā)明實(shí)施例二的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖5為本發(fā)明實(shí)施例三的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖6為本發(fā)明實(shí)施例三的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]附圖標(biāo)注說明:
實(shí)施例一中:10:爸體；11:腔體；12:釜體側(cè)壁；14:腔體內(nèi)的加熱器；15:釜體側(cè)壁的加熱裝器；16:晶種模板；17:反應(yīng)物溶液；18:晶體生長區(qū)間。
[0020]實(shí)施例二中:20:釜體；21:腔體；22:釜體側(cè)壁；24:腔體內(nèi)的加熱器；25:釜體側(cè)壁的加熱裝器；26:晶種模板；27:反應(yīng)物溶液；28:晶體生長區(qū)間。
_] 實(shí)施例三中:30:釜體；31:腔體；32:釜體側(cè)壁；34:腔體內(nèi)的加熱器；35:釜體側(cè)壁的加熱裝器；36:晶種模板；237:反應(yīng)物溶液；38:晶體生長區(qū)間。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0023]在本方案中，在進(jìn)行氮化物晶體生長的過程中，反應(yīng)釜內(nèi)會填充生長溶液，并且往反應(yīng)釜內(nèi)注入氮?dú)?，此為公知常識，在此不再詳細(xì)贅述。
[0024]實(shí)施例一，如附圖1和2所示，一種晶體生長反應(yīng)釜，包括釜體10，所述釜體10的側(cè)壁12為平面結(jié)構(gòu)，釜體內(nèi)設(shè)有腔體11，該腔體11的側(cè)壁為平面結(jié)構(gòu)，該腔體11的側(cè)壁與釜體10的側(cè)壁之間形成有晶體生長區(qū)，該晶體生長區(qū)放置晶種模板16，釜體10側(cè)壁外表面設(shè)有加熱器15，腔體內(nèi)設(shè)有加熱器14。該加熱器為但不限于紅外加熱器、電阻加熱器或射頻加熱器或者其他形式的加熱器，只要可以產(chǎn)生平面熱源即可，在此并無具體限定。
[0025]在本實(shí)施例一中，釜體為方柱形，釜體內(nèi)填充生長物溶液17，釜體10內(nèi)設(shè)置一個(gè)腔體11，該腔體11的側(cè)壁與釜體的側(cè)壁之間形成相互連通的四個(gè)晶體生長區(qū)18，晶體生長區(qū)寬度為20mm，相鄰的晶體生長區(qū)之間相互連通。晶種模板16設(shè)置于晶體生長區(qū)18中間，距離腔體11側(cè)壁和釜體10的側(cè)壁12等距。此時(shí)，晶種模板16恰好處于釜體溫場的等溫面上，反應(yīng)物質(zhì)也將以一個(gè)等速面的形式流向晶種模版，晶種模板16表面的溫場較均勻，在晶種模版表面的速度分布也將均勻分布，這將促使晶種模版材料生長速率相同，從而保證材料生長厚度一致，材料的組分分布也均一穩(wěn)定，生長晶體質(zhì)量較高。
[0026]實(shí)施例二，如附圖3、4所示，釜體20為方柱狀，釜體內(nèi)填充生長物溶液27，釜體20側(cè)壁設(shè)置加熱器25，在釜體20內(nèi)設(shè)置有三個(gè)腔體21，該三個(gè)腔體21將釜體20分為4個(gè)晶體生長區(qū)28，晶體生長區(qū)寬度為15mm，各晶體生長區(qū)之間相互連通。腔體21內(nèi)設(shè)置加熱器24，晶種模板26設(shè)置于晶體生長區(qū)28中間，距離釜體20的側(cè)壁22和腔體21的側(cè)壁等距。此時(shí)，晶種模板26恰好處于釜體溫場的等溫面上，晶種模板26表面的溫場較均勻，由于溫場的均勻，將會保證反應(yīng)物質(zhì)以平行平面的形式向晶種模版運(yùn)動，在晶種模版上溫度的均勻性也同時(shí)能夠進(jìn)一步保證氮化鎵材料生長厚度均勻，組分分布均勻，生長晶體質(zhì)量較高。
[0027]實(shí)施例三，如附圖5、6所示，釜體30為五棱柱狀，釜體30內(nèi)填充生長物溶液37，釜體30內(nèi)設(shè)置五個(gè)腔體31，該腔體31內(nèi)設(shè)有加熱裝置34，釜體30側(cè)壁32設(shè)有加熱裝置35，該五個(gè)腔體31將釜體30內(nèi)部空間分成十個(gè)晶體生長區(qū)間38，晶體生長區(qū)寬度為20mm，晶體生長區(qū)之間相互連通。晶種模板36設(shè)置于晶體生長區(qū)中間，距離腔體31側(cè)壁和釜體30的側(cè)壁32等距。此時(shí)，晶種模板36恰好處于釜體溫場的等溫面上，晶種模板36表面的溫場較均勻，由于溫場的均勻，將會保證反應(yīng)物質(zhì)以平行平面的形式向晶種模版運(yùn)動，在晶種模版上溫度的均勻性也同時(shí)能夠進(jìn)一步保證氮化鎵材料生長厚度均勻，組分分布均勻，生長晶體質(zhì)量較高。
[0028]此外，反應(yīng)釜還可以是六棱柱狀或者其他側(cè)壁為平面結(jié)構(gòu)的形狀，在此沒有限定，只要滿足具有平面壁即可。晶種模板固定在反應(yīng)釜的晶體生長區(qū)中，可以與平面內(nèi)壁和平面外壁等距，也可以在平面內(nèi)壁和平面外壁之間的任何位置，只要滿足與平面壁平行即可。而且，釜體內(nèi)的各個(gè)晶體生長區(qū)間還可以設(shè)為不連通的形式。
[0029]由于加熱裝置為平面熱源，熱場以平面形式進(jìn)行傳導(dǎo)，晶種模板平行于平面壁，即設(shè)置在相應(yīng)的熱場平面中，因此晶種模板表面的溫場較均勻，有效克服了傳統(tǒng)反應(yīng)釜曲面壁造成晶種模板表面溫場不均勻的問題，可有效避免晶體存在N空位、晶體質(zhì)量差等問題，提高原材料利用率。
[0030]需要說明的是，以上所述并非是對本發(fā)明技術(shù)方案的限定，在不脫離本發(fā)明的創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，任何顯而易見的替換均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種晶體生長反應(yīng)釜，包括釜體，其特征在于，所述釜體的側(cè)壁為平面結(jié)構(gòu)，釜體內(nèi)設(shè)有腔體，該腔體的側(cè)壁為平面結(jié)構(gòu)，該腔體的側(cè)壁與釜體的側(cè)壁之間形成有晶體生長區(qū)，該晶體生長區(qū)放置晶種模板，釜體側(cè)壁外表面設(shè)有加熱器，腔體內(nèi)設(shè)有加熱器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體生長反應(yīng)釜，其特征在于，所述釜體內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)腔體，該腔體的側(cè)壁與釜體的側(cè)壁之間形成至少兩個(gè)晶體生長區(qū)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶體生長反應(yīng)釜，其特征在于，所述不同晶體生長區(qū)相互連通或者相互獨(dú)立。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶體生長反應(yīng)釜，其特征在于，所述晶體生長區(qū)的寬度大于10毫米。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶體生長反應(yīng)釜，其特征在于，所述晶種模板放置在晶體生長區(qū)的中心位置或者任意位置。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶體生長反應(yīng)釜，其特征在于，所述釜體為但不限于側(cè)壁為平面結(jié)構(gòu)的三棱柱、四棱柱或五棱柱。7.根據(jù)權(quán)利要求2?6中任一項(xiàng)所述的晶體生長反應(yīng)釜，其特征在于，所述釜體內(nèi)設(shè)有一個(gè)腔體，該腔體的側(cè)壁與釜體的側(cè)壁之間形成相互連通的四個(gè)晶體生長區(qū)。8.根據(jù)權(quán)利要求2?6中任一項(xiàng)所述的晶體生長反應(yīng)釜，其特征在于，所述釜體內(nèi)設(shè)有并排平行的三個(gè)腔體，相鄰腔體的側(cè)壁之間以及腔體側(cè)壁和釜體側(cè)壁之間共形成四個(gè)晶體生長區(qū)。9.根據(jù)權(quán)利要求2?6中任一項(xiàng)所述的晶體生長反應(yīng)釜，其特征在于，所述釜體內(nèi)設(shè)有五個(gè)腔體，相鄰腔體的側(cè)壁之間以及腔體側(cè)壁和釜體側(cè)壁之間共形成十個(gè)晶體生長區(qū)。10.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的晶體生長反應(yīng)釜，其特征在于，所述加熱裝置為但不限于紅外加熱器、電阻加熱器或射頻加熱器。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種晶體生長反應(yīng)釜，包括釜體，所述釜體的側(cè)壁為平面結(jié)構(gòu)，釜體內(nèi)設(shè)有腔體，該腔體的側(cè)壁為平面結(jié)構(gòu)，該腔體的側(cè)壁與釜體的側(cè)壁之間形成有晶體生長區(qū)，該晶體生長區(qū)放置晶種模板，釜體側(cè)壁外表面設(shè)有加熱器，腔體內(nèi)設(shè)有加熱器，釜體內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)腔體，該腔體的側(cè)壁與釜體的側(cè)壁之間形成至少兩個(gè)晶體生長區(qū)。本發(fā)明有效克服了傳統(tǒng)反應(yīng)釜曲面壁造成的反應(yīng)釜內(nèi)溫場不均勻的問題，特別是有效提高了晶種模板表面溫場的均勻度，提高晶體質(zhì)量。
【IPC分類】C30B9/12, C30B29/40
【公開號】CN105420814
【申請?zhí)枴緾N201510838168
【發(fā)明人】李成明, 巫永鵬, 陳蛟, 黃波, 盧洪, 李順峰, 張國義
【申請人】北京大學(xué)東莞光電研究院
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月26日