CN113818085A - 助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的系统及方法。所述系统包括助熔剂法氮化物单晶生长设备，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：对所述氮化物单晶生长所需的籽晶和/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等离子体作为所述氮化物单晶生长所需的氮源。本发明实施例提供的一种提升氮源溶解度的助熔剂法氮化物单晶均匀化生长的方法，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，从而能够同时提升氮化物单晶的生长均匀性以及晶体生长质量。

Description

助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种助熔剂法氮化物单晶的方法，特别涉及一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的系统及方法，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。
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。
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。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的系统及方法，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的系统，包括助熔剂法氮化物单晶生长设备，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：
对所述氮化物单晶生长所需的籽晶和/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等离子体作为所述氮化物单晶生长所需的氮源。
本发明实施例提供了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，所述方法中使用的籽晶和/或衬底是经N等离子体处理过的，且表面形成有缺陷位点。
本发明实施例提供了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，所述方法中使用的氮源包括N等离子体。
本发明实施例提供了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，所述方法使用的籽晶和/或衬底是经N等离子体处理后表面形成有缺陷位点的籽晶和/或衬底，且使用的氮源包括N等离子体。
本发明实施例提供了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，所述的方法是基于所述的系统实施的，并且所述的方法包括：
以第二升降机构将所述籽晶和/或衬底置于氮化物单晶生长体系的液面上方，并以N等离子体发生器产生N等离子体对籽晶和/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；
以第二升降机构将所述籽晶和/或衬底置于氮化物单晶生长体系内的指定深度处，并进行氮化物单晶的生长。
本发明实施例提供了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，所述的方法是基于所述的系统实施的，并且所述的方法包括：以N等离子体发生器产生N等离子体作为氮化物单晶生长所需的氮源，并进行氮化物单晶的生长。
与现有技术相比，本发明的优点包括：本发明实施例提供的一种提升氮源溶解度的助熔剂法氮化物单晶均匀化生长的方法，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，从而能够同时提升氮化物单晶的生长均匀性以及晶体生长质量。
附图说明
图1是本发明一典型实施案例中提供的一种提升氮源溶解度的助熔剂法氮化物单晶均匀化生长的系统的结构示意图；
图2是本发明一典型实施案例中提供的又一种提升氮源溶解度的助熔剂法氮化物单晶均匀化生长的系统的结构示意图；
图3是本发明一典型实施案例中提供的又一种提升氮源溶解度的助熔剂法氮化物单晶均匀化生长的系统的结构示意图；
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
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。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。
本发明说明书中涉及的一些技术术语的解释如下：
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。
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。
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。
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。
本案发明人研究发现，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。
本案发明人研究还发现，在现有的氮化物单晶的生长系统中引入N等离子体发生器，在进行助熔剂法液相外延生长氮化物单晶之前，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/籽晶表面的熔融液体原料均匀分布，进而提升了氮化物单晶的生长质量的均匀性；另外，对籽晶/衬底进行N等离子体处理也能够提升氮源溶解度，进一步避免籽晶回溶，提升单晶生长质量。
本发明实施例提供了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的系统，包括助熔剂法氮化物单晶生长设备，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：
对所述氮化物单晶生长所需的籽晶和/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等离子体作为所述氮化物单晶生长所需的氮源。
在一具体实施方式中，所述的系统还包括：第一升降机构，其至少用于调控所述N等离子体发生器与氮化物单晶生长体系的液面之间的距离。
在一具体实施方式中，所述的系统还包括：第二升降机构，其至少用于调控所述籽晶和/或衬底与氮化物单晶生长体系的液面之间的距离。
本发明实施例提供了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，所述方法中使用的籽晶和/或衬底是经N等离子体处理过的，且表面形成有缺陷位点。
本发明实施例提供了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，所述方法中使用的氮源包括N等离子体。
本发明实施例提供了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，所述方法使用的籽晶和/或衬底是经N等离子体处理后表面形成有缺陷位点的籽晶和/或衬底，且使用的氮源包括N等离子体。
本发明实施例提供了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，所述的方法是基于所述的系统实施的，并且所述的方法包括：
以第二升降机构将所述籽晶和/或衬底置于氮化物单晶生长体系的液面上方，并以N等离子体发生器产生N等离子体对籽晶和/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；
以第二升降机构将所述籽晶和/或衬底置于氮化物单晶生长体系内的指定深度处，并进行氮化物单晶的生长。
在一具体实施方式中，所述的方法还包括：以N等离子体发生器产生N等离子体作为所述氮化物单晶生长所需的氮源。
在一具体实施方式中，所述的方法还包括：以第一升降机构将N等离子体发生器置于氮化物单晶生长体系的液面上方的指定高度处，再以N等离子体发生器产生N等离子体。
本发明实施例提供了一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，所述的方法是基于所述的系统实施的，并且所述的方法包括：以N等离子体发生器产生N等离子体作为氮化物单晶生长所需的氮源，并进行氮化物单晶的生长。
在一具体实施方式中，所述的方法还包括：以第一升降机构将N等离子体发生器置于氮化物单晶生长体系的液面上方的指定高度处，再以N等离子体发生器产生N等离子体。
在一具体实施方式中，所述的方法还包括：以第二升降机构将所述籽晶和/或衬底置于氮化物单晶生长体系的液面上方，并以N等离子体发生器产生N等离子体对籽晶和/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；
以第二升降机构将所述籽晶和/或衬底置于氮化物单晶生长体系内的指定深度处，之后进行所述氮化物单晶的生长。
如下将结合附图以及具体实施案例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，除非特别说明的之外，本发明实施例所采用的氮化物单晶的生长原料、测试方法、助溶剂液相外延的主体生长工艺等均可以是本领域技术人员已知的。
本发明实施例提供的一种提升氮源溶解度的助熔剂法氮化物单晶均匀化生长的系统，在现有的生长装备中引入N等离子体发生器，首先对籽晶/衬底进行N等离子体处理，使得衬底表面产生缺陷位点，从而降低液态金属的表面张力，使得熔融液体原料均匀分布，提升氮化物单晶的生长均匀性。然后再以N等离子体发生器产生N等离子体作为氮化物晶体生长的氮源，N等离子体的能量较高，能够更好溶解在金属镓源中，从而进一步提高氮源溶解度，降低氮空位缺陷等缺陷的产生。
请参阅图1，一种提升氮源溶解度的助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的系统，包括生长炉、坩埚、氮气瓶和N等离子体发生器，所述坩埚设置在生长炉内，所述氮气瓶与所述生长炉连接，所述N等离子体发生器可以与所述生长炉连接；
所述生长炉用于提供进行氮化物单晶的均匀液相外延生长的生长环境，例如，提供氮化物单晶的均匀液相外延生长的温度和压力等条件；所述坩埚用于容置用于进行氮化物单晶的均匀液相外延生长的衬底/籽晶、金属镓、金属钠、碳添加剂等生长原料，所述氮气瓶至少用于向所述生长炉内通入氮气，所述N等离子体发生器至少用于对氮化物单晶液相外延生长体系中的衬底/籽晶进行氮等离子体处理，和/或，向生长炉中通入氮等离子体。
请参阅图1，在一具体实施方式中，所述N等离子体发生器经等离子体通道与生长炉连通，至少所述等离子体通道的局部设置在所述生长炉内，且所述经等离子体通道的位于生长炉内的部分具有射流出口，且所述射流出口与坩埚内的生长原料液面之间的距离可以调节，例如，所述氮等离子体发生器还与第一升降机构传动连接，所述第一升降机构至少用于驱使所述氮等离子体发生器沿靠近或远离坩埚内的生长原料液面的方向运动，其中，所述的第一升降机构可以是可升降发生器等。
当然，所述第一升降机构还可以是与等离子体通道传动连接，或者，采用可伸缩的等离子体通道也可以实现射流出口与坩埚内的生长原料液面之间距离、角度的调节。
请参阅图2，在一具体实施方式中，所述的系统还可以包括第二升降机构，所述第二升降机构用于驱使所述衬底/籽晶沿靠近或远离氮等离子体发生器的方向运动，例如，所述第二升降机构可以是可升降的晶托等，所述第二升降机构可以设置在生长炉内，也可以设置在生长炉外。
请参阅图3，在一具体实施方式中，所述N等离子体发生器可以经多个等离子体通道与生长炉连通，该多个等离子体通道的局部设置在所述生长炉内，并形成多个射流出口。
需要说明的是，氮化物籽晶即同质衬底，同质衬底可以是氮化物自支撑衬底，也可以是复合衬底即是在异质衬底可为但不限于蓝宝石、硅、SiC或金刚石材料的一种或多种上利用MOCVD，MBE，HVPE等生长方法生长的氮化物外延膜；也可以是采用异质衬底，例如可为但不限于蓝宝石、硅、SiC或金刚石材料的一种或多种。
实施例1
一种助熔剂法氮化镓单晶均匀化生长的方法，包括：
提供如图1-3所示的系统，将籽晶/衬底放于坩埚中，以金属镓、金属钠、碳添加剂作为生长原料，将装有生长原料和籽晶/衬底的坩埚置于生长炉中，其中，所述生长原料为熔融态，熔融态生长原料中Ga-Na的质量比为10:0～1:10，优选为1:1～1:10，尤其优选为3:7(下同)；
将生长炉内的温度调节至800℃左右、生长压力调节至5Mpa以下，同时以N等离子体发生器向所述生长炉内通入包含氮等离子体的氮等离子体射流，以所述N等离子体作为氮源进行助熔剂法氮化镓单晶的液相外延生长100h，从而在籽晶/衬底上液相外延获得不同厚度的氮化镓单晶，其中，N等离子体的频率1MHz和100MHz之间，通常频率为13.56MHZ，功率40～500W之间，相应的N等离子体射流的气体温度在25℃到几百摄氏度，压力在0Pa至一个大气压。
另外，可以通过升降N等离子体发生器来控制N等离子体发生器的射流出口距离生长原料液面的高度，使得氮等离子体更好地和生长原料接触，进一步提升生长原料中氮源的溶解度。
实施例2
一种助熔剂法氮化镓单晶均匀化生长的方法，包括：
提供如图1-3中的系统，将籽晶/衬底放于坩埚中，以金属镓、金属钠、碳添加剂作为生长原料，将装有生长原料的坩埚和籽晶/衬底置于生长炉中，先以N等离子体发生器对籽晶/衬底进行氮等离子体处理5-10分钟，以在所述衬底/籽晶表面形成缺陷位点，其中，所述氮等离子体的功率为1MHz和100MHz之间，通常频率为13.56MHZ，功率40～500W之间，相应的，氮等离子体射流的气体温度在25℃到几百摄氏度，压力为0Pa至一个大气压；
将氮等离子体处理后的籽晶/衬底置于生长原料内，并将生长炉内的温度调节至800℃左右、生长压力调节至5Mpa以下，同时向所述生长炉内通入含氮气体作为氮源，并进行助熔剂法化镓单晶的液相外延生长，通过控制不同的生长时间，在籽晶/衬底上液相外延获得不同厚度的氮化镓单晶。
实施例3
一种助熔剂法氮化镓单晶均匀化生长的方法，包括：
提供如图1-3中的系统，将籽晶/衬底放于坩埚中，以金属镓、金属钠、碳添加剂作为生长原料，将装有生长原料的坩埚和籽晶/衬底置于生长炉中，先以N等离子体发生器对籽晶/衬底进行氮等离子体处理5-10分钟，以在所述衬底/籽晶表面形成缺陷位点，其中，所述氮等离子体的功率为1MHz和100MHz之间，通常频率为13.56MHZ，功率40～500W之间，相应的，氮等离子体射流的气体温度在25℃到几百摄氏度，压力为0Pa至一个大气压，之后将氮等离子体处理后的籽晶/衬底置于生长原料内；
将生长炉内的温度调节至800℃左右、生长压力调节至5Mpa以下，同时向所述生长炉内通入氮等离子体，以所述等离子体作为氮源进行助熔剂法氮化镓单晶的液相外延生长，通过控制不同的生长时间，在籽晶/衬底上液相外延获得不同厚度的氮化镓单晶，其中，作为氮源的氮等离子体的功率为1MHz和100MHz之间，通常频率为13.56MHZ，功率40～500W之间，相应的，氮等离子体射流的气体温度在25℃到几百摄氏度，压力为0Pa至一个大气压。
另外，可以通过升降N等离子体发生器来控制N等离子体发生器的射流出口距离生长原料液面的高度，使得氮等离子体更好地和生长原料接触，进一步提升生长原料中氮源的溶解度。
对比例1
一种助熔剂法氮化镓单晶的方法，包括：
将籽晶/衬底放于坩埚中，以金属镓、金属钠、碳添加剂作为生长原料，将装有生长原料的坩埚和籽晶/衬底置于生长炉中；
将生长炉内的温度调节至800℃左右、生长压力调节至5Mpa以下，并向所述生长炉内通入含氮气体作为氮源，从而进行助熔剂法氮化镓单晶的液相外延生长，在氮化镓单晶的液相外延生长过程中以搅拌装置对生长原料进行搅拌；通过控制不同的生长时间，在籽晶/衬底上液相外延获得不同厚度的氮化镓单晶。
对实施例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分别如图4-图9所示：其中，经过氮等离子体处理籽晶后形成的氮化镓单晶与籽晶的截面电镜图如图4所示，由图4可以看出，氮化镓单晶与籽晶界面处无回溶孔洞产生；而未经过氮等离子体处理籽晶形成的氮化镓单晶与籽晶的截面电镜图如图5所示，由图5可以看出，氮化镓单晶与籽晶界面处产生了回溶孔洞；经过氮等离子体处理籽晶并用N等离子体作为氮源生长形成的氮化镓单晶的表面电镜图如图6所示，未经过氮等离子体处理籽晶，也未以N等离子体作为氮源生长形成的氮化镓单晶的表面电镜图如图7所示；对比图6和图7可以看出，经过氮等离子体处理籽晶并用N等离子体作为氮源生长形成的氮化镓单晶的表面形貌更加均匀和平整，其质量更好；未经过氮等离子体处理籽晶，而以N等离子体作为氮源生长获得的氮化镓单晶的表面形貌如图8、图9所示，由图8和图9可以看出，未经过氮等离子体处理籽晶，而以N等离子体作为氮源生长获得的氮化镓单晶的表面存在部分不加均匀和不平整的区域。
显然，本发明实施例提供的一种提升氮源溶解度的助熔剂法氮化物单晶均匀化生长的方法，通过氮等离子体处理籽晶/衬底以及以氮等离子体作为氮源，可以同时提升氮化物单晶的生长均匀性以及晶体的生长质量。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的系统，包括助熔剂法氮化物单晶生长设备，其特征在于，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：
对所述氮化物单晶生长所需的籽晶和/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等离子体作为所述氮化物单晶生长所需的氮源。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于还包括：第一升降机构，其至少用于调控所述N等离子体发生器与氮化物单晶生长体系的液面之间的距离。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于还包括：第二升降机构，其至少用于调控所述籽晶和/或衬底与氮化物单晶生长体系的液面之间的距离。
4.一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，其特征在于：所述方法中使用的籽晶和/或衬底是经N等离子体处理过的，且表面形成有缺陷位点。
5.一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，其特征在于：所述方法中使用的氮源包括N等离子体。
6.一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，其特征在于，所述方法使用的籽晶和/或衬底是经N等离子体处理后表面形成有缺陷位点的籽晶和/或衬底，且使用的氮源包括N等离子体。
7.一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，其特征在于，所述的方法是基于权利要求1-3中任一项所述的系统实施的，并且所述的方法包括：
以第二升降机构将所述籽晶和/或衬底置于氮化物单晶生长体系的液面上方，并以N等离子体发生器产生N等离子体对籽晶和/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；
以第二升降机构将所述籽晶和/或衬底置于氮化物单晶生长体系内的指定深度处，并进行氮化物单晶的生长。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于还包括：以N等离子体发生器产生N等离子体作为所述氮化物单晶生长所需的氮源。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于还包括：以第一升降机构将N等离子体发生器置于氮化物单晶生长体系的液面上方的指定高度处，再以N等离子体发生器产生N等离子体。
10.一种助熔剂法均匀化生长氮化物单晶的方法，其特征在于，所述的方法是基于权利要求1-3中任一项所述的系统实施的，并且所述的方法包括：以N等离子体发生器产生N等离子体作为氮化物单晶生长所需的氮源，并进行氮化物单晶的生长。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于还包括：以第一升降机构将N等离子体发生器置于氮化物单晶生长体系的液面上方的指定高度处，再以N等离子体发生器产生N等离子体。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于还包括：以第二升降机构将所述籽晶和/或衬底置于氮化物单晶生长体系的液面上方，并以N等离子体发生器产生N等离子体对籽晶和/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；
以第二升降机构将所述籽晶和/或衬底置于氮化物单晶生长体系内的指定深度处，之后进行所述氮化物单晶的生长。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05121329A (ja) * 1991-10-30 1993-05-18 Toshiba Corp 化合物薄膜の製造方法及び製造装置
CA2313155A1 (en) * 1999-06-30 2000-12-30 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Group iii-v nitride semiconductor growth method and vapor phase growth apparatus
US20040003495A1 (en) * 2001-12-31 2004-01-08 Xueping Xu GaN boule grown from liquid melt using GaN seed wafers
CN106637412A (zh) * 2016-11-14 2017-05-10 东莞市中镓半导体科技有限公司 氮化物晶体的液相生长装置
CN108707961A (zh) * 2018-07-06 2018-10-26 孟静 氮化镓单晶生长装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05121329A (ja) * 1991-10-30 1993-05-18 Toshiba Corp 化合物薄膜の製造方法及び製造装置
CA2313155A1 (en) * 1999-06-30 2000-12-30 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Group iii-v nitride semiconductor growth method and vapor phase growth apparatus
US20040003495A1 (en) * 2001-12-31 2004-01-08 Xueping Xu GaN boule grown from liquid melt using GaN seed wafers
CN106637412A (zh) * 2016-11-14 2017-05-10 东莞市中镓半导体科技有限公司 氮化物晶体的液相生长装置
CN108707961A (zh) * 2018-07-06 2018-10-26 孟静 氮化镓单晶生长装置

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