CN112626620B - 一种用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器 - Google Patents

一种用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器 Download PDF

Info

Publication number
CN112626620B
CN112626620B CN202011466005.5A CN202011466005A CN112626620B CN 112626620 B CN112626620 B CN 112626620B CN 202011466005 A CN202011466005 A CN 202011466005A CN 112626620 B CN112626620 B CN 112626620B
Authority
CN
China
Prior art keywords
transition layer
evaporator
silicon transition
porosity
tac coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011466005.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112626620A (zh
Inventor
余盛杰
汪洋
潘影
刘佳宝
柴攀
万强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan Dezhi New Material Co ltd
Original Assignee
Hunan Dezhi New Material Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan Dezhi New Material Co ltd filed Critical Hunan Dezhi New Material Co ltd
Priority to CN202011466005.5A priority Critical patent/CN112626620B/zh
Publication of CN112626620A publication Critical patent/CN112626620A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112626620B publication Critical patent/CN112626620B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C30B29/406—Gallium nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器，包括石墨基材，石墨基材的外表面包覆有硅过渡层，硅过渡层的外表面包覆有TaC涂层，TaC涂层由靠近硅过渡层的一侧至远离硅过渡层的一侧孔隙率逐渐增大。该用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器镓源的挥发效率高、蒸发器石墨基材不易受高温腐蚀性气氛侵蚀、使用寿命更长。

Description

一种用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器
技术领域
本发明涉及半导体材料制造技术领域，具体而言，涉及一种用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器。
背景技术
宽带隙半导体(例如SiC、GaN和AlN)用作下一代光电、高频和大功率设备，SiC外延生长过程中，生长温度在1500～1700℃，当外延生长这种晶体时(通过体生长或外延膜生长)，一个大问题是反应堆组件(坩埚、基底和/或加热器)的气相生长条件极其苛刻(高温下腐蚀性气体含量很高)。由常规的低成本耐热材料(例如石墨和涂有SiC涂层的石墨)制成的反应堆组件在SiC和氮化物的块状/外延生长过程中不可避免地受到损坏，从而对产品质量和成品率产生不利影响。
在氢化物气相外延生长氮化镓的过程中，镓源的挥发效率是关键因素。然而，目前的氢化物气相外延生长氮化镓所用的装置中，镓源的挥发效率较低，严重制约了生产效率。并且，氮化镓单晶外延生长环境是在高温大量腐蚀性气氛中，普通的石墨或者SiC涂层石墨组件均难以承受这样的高温腐蚀性气氛。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器，以解决现有技术中的蒸发器镓源的挥发效率低、不能承受高温腐蚀性气氛的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器，包括石墨基材，石墨基材的外表面包覆有硅过渡层，硅过渡层的外表面包覆有TaC涂层，TaC涂层由靠近硅过渡层的一侧至远离硅过渡层的一侧孔隙率逐渐增大。
本发明通过在石墨基材的外表面包覆硅过渡层，作为牺牲保护层，起到缓解热应力的作用；通过在硅过渡层的外表面包覆TaC涂层，且TaC涂层由靠近硅过渡层的一侧至远离硅过渡层的一侧孔隙率逐渐增大；将TaC涂层靠近硅过渡层的一侧的孔隙率设置地较小，可使靠近硅过渡层的一侧的TaC涂层比较致密，保护石墨基材不受高温腐蚀性气氛的侵蚀，提高了蒸发器的使用寿命；由内向外TaC涂层的孔隙率逐渐增大，外侧TaC涂层的孔隙率较高，比表面积较大，挥发率更高，可以提高镓源的挥发效率。该蒸发器镓源的挥发效率高、蒸发器石墨基材不易受高温腐蚀性气氛侵蚀、使用寿命更长。
进一步地，TaC涂层靠近硅过渡层的一侧的孔隙率小于2％，TaC涂层远离硅过渡层的一侧的孔隙率为30％～60％。研究发现，当TaC涂层靠近硅过渡层一侧的孔隙率小于2％时，内侧的TaC涂层具有足够的致密度，可有效保护石墨基材不受侵蚀；当TaC涂层远离硅过渡层一侧的孔隙率为30％～60％时，可以显著提高镓源的挥发效率，孔隙率超过60％对镓源挥发效率的影响不大，而且会降低TaC涂层的保护作用。
进一步地，TaC涂层的厚度为20～200μm。当TaC涂层的厚度小于20μm时，涂层对石墨基材的保护作用减弱；当TaC涂层的厚度超过200μm时，TaC涂层容易发生脱落和变形。因此，本发明优选将TaC涂层的厚度控制在20～200μm之间。
进一步地，TaC涂层内的孔隙呈毛细管状。
进一步地，硅过渡层的厚度为0.5～10μm。
进一步地，硅过渡层的孔隙率小于3％。如果硅过渡层的孔隙率过大，会导致硅过渡层的致密度降低，不能起到很好的防止腐蚀性气体对石墨基材侵蚀的作用。
进一步地，石墨基材的颗粒度为10～30μm。石墨基材的颗粒度会直接影响石墨基材的热膨胀系数、热导率以及抗腐蚀性能，将石墨基材的颗粒度控制在10～30μm，可使石墨基材具有合适的热膨胀系数、热导率以及抗腐蚀性能。
进一步地，石墨基材的孔隙率大于99.5％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过在石墨基材的外表面包覆硅过渡层，在硅过渡层的外表面包覆TaC(碳化钽)涂层，并且该TaC涂层由靠近硅过渡层的一侧至远离硅过渡层的一侧的孔隙率逐渐增大；通过TaC涂层孔隙率的梯度变化，孔隙率由内至外逐渐增加，不仅保证了内侧TaC具有足够的致密度以对石墨基材起到良好的保护作用，而且增大了外侧TaC的表面积，进而增大了镓源的挥发面积，提高了镓源的挥发效率，提高了生产效率；并且，TaC涂层具有高强度、耐腐蚀和化学稳定性好的优点，能够承受氢化物气相外延生长氮化镓的过程中高温腐蚀性气氛；通过在石墨基材与TaC涂层之间设置硅过渡层，作为牺牲保护层，起到缓解热应力的作用。
附图说明
图1为本发明的蒸发器的整体结构示意图。
图2为本发明的蒸发器的局部剖视示意图。
其中，上述附图中包括以下附图标记：
1、蒸发器；2、石墨基材；3、硅过渡层；4、TaC涂层。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例：
参见图1和图2，一种本发明实施例的用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器1，该蒸发器1主要包括石墨基材2，在石墨基材2的外表面包覆有一层硅过渡层3，在该硅过渡层3的外表面包覆有一层TaC涂层4；并且，该TaC涂层4由靠近硅过渡层3的一侧至远离硅过渡层3的一侧的孔隙率逐渐增大；也就是说，TaC涂层4由内侧至外侧的孔隙率逐渐增大。
上述的蒸发器1，通过在石墨基材2的外表面包覆硅过渡层3，硅过渡层3作为牺牲保护层，起到缓解热应力的作用；在硅过渡层3的外表面包覆TaC涂层4，并且该TaC涂层4由靠近硅过渡层3的一侧至远离硅过渡层3的一侧的孔隙率逐渐增大；通过TaC涂层4孔隙率的梯度变化，孔隙率由内至外逐渐增加，不仅可使靠近硅过渡层3的一侧的TaC涂层4比较致密，保护石墨基材2不受高温腐蚀性气氛的侵蚀，提高了蒸发器1的使用寿命，而且增大了外侧TaC涂层4的表面积，进而增大了镓源的挥发面积，提高了镓源的挥发效率，提高了生产效率；并且，该TaC涂层4具有高强度、耐腐蚀和化学稳定性好的优点，能够承受氢化物气相外延生长氮化镓的过程中高温腐蚀性气氛。
具体地，在本实施例中，TaC涂层4靠近硅过渡层3的一侧的孔隙率小于2％，TaC涂层4远离硅过渡层3的一侧的孔隙率为30％～60％。当TaC涂层4靠近硅过渡层3一侧的孔隙率小于2％时，内侧的TaC涂层4具有足够的致密度，可有效保护石墨基材2不受侵蚀；当TaC涂层4远离硅过渡层3一侧的孔隙率为30％～60％时，可以显著提高镓源的挥发效率，孔隙率超过60％对镓源挥发效率的影响不大，而且会降低TaC涂层4的保护作用。
进一步地，在本实施例中，TaC涂层4内的孔隙呈毛细管状；TaC涂层4的厚度为20～200μm。当TaC涂层4的厚度小于20μm时，涂层对石墨基材2的保护作用减弱；当TaC涂层4的厚度超过200μm时，TaC涂层4容易发生脱落和变形。本发明优选将TaC涂层4的厚度控制在20～200μm之间。
在本实施例中，硅过渡层3的厚度为0.5～10μm；硅过渡层3的孔隙率小于3％。如果硅过渡层3的孔隙率过大，会导致硅过渡层3的致密度降低，不能起到很好的防止腐蚀性气体对石墨基材2侵蚀的作用。
在本实施例中，石墨基材2的孔隙率大于99.5％；石墨基材2的颗粒度为10～30μm。石墨基材2的颗粒度会直接影响石墨基材2的热膨胀系数、热导率以及抗腐蚀性能，将石墨基材2的颗粒度控制在10～30μm，可使石墨基材2具有合适的热膨胀系数、热导率以及抗腐蚀性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器，包括石墨基材(2)，其特征在于，所述石墨基材(2)的外表面包覆有硅过渡层(3)，所述硅过渡层(3)的外表面包覆有TaC涂层(4)，所述TaC涂层(4)由靠近所述硅过渡层(3)的一侧至远离所述硅过渡层(3)的一侧孔隙率逐渐增大；
所述TaC涂层(4)靠近所述硅过渡层(3)的一侧的孔隙率小于2％，所述TaC涂层(4)远离所述硅过渡层(3)的一侧的孔隙率为30％～60％；
所述TaC涂层(4)的厚度为20～200μm。
2.根据权利要求1所述的用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器，其特征在于，所述TaC涂层(4)内的孔隙呈毛细管状。
3.根据权利要求1～2中任意一项所述的用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器，其特征在于，所述硅过渡层(3)的厚度为0.5～10μm。
4.根据权利要求1～2中任意一项所述的用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器，其特征在于，所述硅过渡层(3)的孔隙率小于3％。
5.根据权利要求1～2中任意一项所述的用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器，其特征在于，所述石墨基材(2)的颗粒度为10～30μm。
6.根据权利要求1～2中任意一项所述的用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器，其特征在于，所述石墨基材(2)的孔隙率大于99.5％。
CN202011466005.5A 2020-12-13 2020-12-13 一种用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器 Active CN112626620B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011466005.5A CN112626620B (zh) 2020-12-13 2020-12-13 一种用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011466005.5A CN112626620B (zh) 2020-12-13 2020-12-13 一种用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112626620A CN112626620A (zh) 2021-04-09
CN112626620B true CN112626620B (zh) 2022-05-03

Family

ID=75312631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011466005.5A Active CN112626620B (zh) 2020-12-13 2020-12-13 一种用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112626620B (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100360494B1 (ko) * 1999-09-21 2002-11-13 삼성전자 주식회사 기화장치
JP5059371B2 (ja) * 2006-10-18 2012-10-24 東京エレクトロン株式会社 気化器および成膜装置
CN103211403A (zh) * 2012-01-19 2013-07-24 许炳才 一种保鲜柜
DE102014109195A1 (de) * 2014-07-01 2016-01-07 Aixtron Se Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Dampfes aus mehreren flüssigen oder festen Ausgangsstoffen für eine CVD- oder PVD-Einrichtung
CN108302515B (zh) * 2017-09-06 2019-05-14 华中科技大学 一种利用薄膜以及石墨颗粒蒸发的太阳能蒸发器
CN109268992B (zh) * 2018-08-22 2021-01-26 贵州鼎正环保有限公司 一种用于热交换器的水分蒸发器及其制作方法
EP3650582A1 (en) * 2018-11-08 2020-05-13 Nanofilm Technologies International Pte Ltd Temperature resistant amorphous carbon coatings

Also Published As

Publication number Publication date
CN112626620A (zh) 2021-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Powell et al. SiC materials-progress, status, and potential roadblocks
JP4783288B2 (ja) 犠牲層上のヘテロエピタキシによるｉｉｉ族窒化物の自立基板の実現方法
CN101515543B (zh) 在硅衬底上生长的氮化镓薄膜结构及其生长方法
CN109585269A (zh) 一种利用二维晶体过渡层制备半导体单晶衬底的方法
CN210120127U (zh) 一种复合硅衬底
CN113690298A (zh) 半导体复合衬底、半导体器件及制备方法
JP2014507363A (ja) 多結晶質窒化アルミニウム焼結体の熱膨張処理、および半導体製造へのその応用
CN105489714A (zh) 一种多孔氮化铝复合衬底及其在外延生长高质量氮化镓薄膜中的应用
JP2009256154A (ja) 半導体結晶成長用基板および半導体結晶
CN112680720A (zh) 一种具有复合涂层结构的mocvd设备用基座盘及其制备方法
US20080011223A1 (en) Solid solution wide bandgap semiconductor materials
CN112374891A (zh) 一种石墨基座盘表面梯度TaC涂层及其制备方法
JP4690906B2 (ja) 炭化珪素単結晶育成用種結晶及びその製造方法並びに炭化珪素単結晶の製造方法
CN107190322B (zh) 一种大尺寸电阻率可调的碳化硅多晶陶瓷的生长方法
CN112626620B (zh) 一种用于氢化物气相外延生长氮化镓的蒸发器
JP2005239496A (ja) 炭化珪素単結晶育成用炭化珪素原料と炭化珪素単結晶及びその製造方法
EP1431426A2 (en) Substrate for epitaxial growth
Yonenaga et al. High-temperature hardness of bulk single-crystal AlN
EP4187576A1 (en) Heteroepitaxial structure with a diamond heat sink
JP2006052097A (ja) 炭化珪素単結晶育成用種結晶と炭化珪素単結晶インゴット及びその製造方法
CN112391675A (zh) 一种具有过渡层结构的半导体石墨基座盘及其制备方法
KR102028366B1 (ko) 사파이어 종자결정상에서 질화알루미늄을 성장시키는 방법
Epelbaum et al. Seeded PVT growth of aluminum nitride on silicon carbide
CN112410762B (zh) 一种用于mocvd设备的硅基托盘及制备方法
JP2009102187A (ja) 炭化珪素単結晶育成用坩堝、及びこれを用いた炭化珪素単結晶の製造方法、並びに炭化珪素単結晶インゴット

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant