CN114737250A - 一种激光辅助加热制备GaN单晶设备 - Google Patents

一种激光辅助加热制备GaN单晶设备 Download PDF

Info

Publication number
CN114737250A
CN114737250A CN202210410043.1A CN202210410043A CN114737250A CN 114737250 A CN114737250 A CN 114737250A CN 202210410043 A CN202210410043 A CN 202210410043A CN 114737250 A CN114737250 A CN 114737250A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
substrate
temperature
assembly
substrate support
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.)
Granted
Application number
CN202210410043.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114737250B (zh
Inventor
刘南柳
张国义
王�琦
童玉珍
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.)
Dongguan Institute of Opto Electronics Peking University
Original Assignee
Dongguan Institute of Opto Electronics Peking University
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 Dongguan Institute of Opto Electronics Peking University filed Critical Dongguan Institute of Opto Electronics Peking University
Priority to CN202210410043.1A priority Critical patent/CN114737250B/zh
Publication of CN114737250A publication Critical patent/CN114737250A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114737250B publication Critical patent/CN114737250B/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
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/08—Reaction chambers; Selection of materials therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/48—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
    • C23C16/483—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation using coherent light, UV to IR, e.g. lasers
    • 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
    • C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
    • C30B25/105—Heating of the reaction chamber or the substrate by irradiation or electric discharge
    • 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
    • C30B25/16—Controlling or regulating
    • 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
    • C30B30/00—Production of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the action of electric or magnetic fields, wave energy or other specific physical conditions

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种激光辅助加热制备GaN单晶设备，涉及GaN材料制备技术领域，包括晶体生长系统、激光产生系统和温控系统，通过将激光产生系统产生的激光传输至衬底生长区域，使激光光斑辐射处的材料吸收激光光能而加速分子热运动以提高晶体生长的温度；利用温控系统以实施探测并反馈晶体生长处的局域温度，以此为依据来调整激光的能量密度与脉冲数，使得材料的吸收谱匹配相应的激光波长，确保材料的分子热运动加速但仍处于简谐振动的范畴，不会出现裂解而影响晶体结构，进而实现高速高质量GaN单晶的生长。此外，通过集成激光提高晶体生长局域温度，在不改变晶体生长系统整体温度布局的同时能够有效降低系统需承受的温场，从而有效降低设备制造成本。

Description

一种激光辅助加热制备GaN单晶设备
技术领域
本发明涉及GaN材料制备技术领域，尤其涉及一种激光辅助加热制备GaN单晶设备。
背景技术
低缺陷高质量的GaN单晶衬底材料是制备GaN基蓝绿光激光器与大功率射频微波器件的必需材料。目前，由MOCVD(金属有机化学气相沉积)技术外延生长得到的GaN材料位错密度为～108cm-2，HVPE(氢化物气相外延)技术制备的商业化GaN单晶衬底的位错密度为～106cm-2，所制得的GaN单晶衬底材料的质量难以满足需求，严重影响器件的性能与工作寿命。
众所周知，晶体质量和生长速度与温度有密切的关系。对于氮化镓晶体生长，温度越高则晶体生长速度越快。目前开发的THVPE(三卤化物气相外延法)技术，通过将晶体生长温度提高至1300度，可以将GaN单晶的生长速率提高到每小时250微米，而HVPE技术的晶体生长温度一般为1000度，GaN单晶的生长速率基本是每小时100微米左右。但是，在传统的晶体生长系统中，提高晶体生长的温度必需提高设备系统的可承受温度，这存在很大的局限，一方面，设备的可承受温度是有限的；另一方面，若提高设备系统的可承受温度，势必提高设备的制造成本与生长运行成本。现有技术中，需要高温生长的THVPE系统采用了射频加热的方式，但是，这种加热方式反应速度慢，同时温度均匀性依赖于感应源材料，因此必须改变温度区域的结构设计，对整体温度分布有较大的影响，不利于大尺寸GaN单晶材料的制备。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种激光辅助加热制备GaN单晶设备，解决现有技术中为提高晶体生长的温度，需要改变晶体生长系统整体温度布局，导致设备的制造成本和生长运行成本较高问题，以及目前的射频加热方式加热效率低、不利于大尺寸GaN单晶材料制备的问题。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
一种激光辅助加热制备GaN单晶设备，包括：
晶体生长系统，包括用于放置衬底的衬底支撑件，以及位于所述衬底支撑件上方的气体输运组件，所述气体输运组件包括气体输运端口，所述气体输运端口对准于所述衬底支撑件设置；所述气体输运组件与衬底支撑件之间形成衬底生长区；
激光产生系统，包括激光传导组件，所述激光传导组件的输出端设有激光输运端口，所述激光输运端口对准于所述衬底支撑件设置；
温控系统，所述温控系统包括温度探测反馈组件，所述温度探测反馈组件包括控制器，以及作用于所述衬底生长区的温度探测反馈端；所述控制器与所述激光产生系统连接，用于根据所述温度探测反馈组件所反馈的温度调整激光的能量密度与脉冲数。
可选地，所述激光传导组件的输出端设有激光光斑整形组件，所述激光光斑整形组件包括激光头，以及驱动连接于所述激光头的扫描驱动件，所述扫描驱动件用于驱动所述激光头做往复运动，以使所述激光产生系统所产生的激光扫描所述衬底支撑件；
所述激光输运端口的至少部分位于所述激光头处。
可选地，所述激光输运端口的形状包括但不限于圆形、方形和条形。
可选地，所述激光光斑整形组件的材质为透明材料与反射材料的组合。
可选地，所述激光光斑整形组件位于所述衬底支撑件的上方、下方或周侧。
可选地，所述衬底支撑件设有加热模块。
可选地，所述衬底支撑件连接有旋转驱动件，所述旋转驱动件用于驱动所述衬底支撑件以预定速度旋转。
可选地，所述衬底为GaN复合衬底、蓝宝石、硅或碳化硅衬底。
可选地，所述GaN复合衬底包括GaN薄膜和基底，所述基底包括蓝宝石、硅和碳化硅材料中的一种或多种。
可选地，所述GaN复合衬底由MOCVD、MBE、MPCVD、溅射和离子注入中的一种或多种工艺制成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种激光辅助加热制备GaN单晶设备，通过将激光产生系统产生的激光传输至衬底生长区域，能够使激光光斑辐射处的材料吸收激光光能而加速分子热运动，以提高晶体生长的温度；利用温控系统以实施探测并反馈晶体生长处的局域温度，以此为依据来调整激光的能量密度与脉冲数，使得材料的吸收谱匹配相应的激光波长，确保材料的分子热运动加速但仍处于简谐振动的范畴，不会出现裂解而影响晶体结构，进而实现高速高质量GaN单晶的生长。
此外，本发明中通过集成激光提高晶体生长局域温度，在不改变晶体生长系统整体温度布局的同时能够有效降低系统需承受的温场，从而有效降低设备制造成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种激光辅助加热制备GaN单晶设备的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种激光辅助加热制备GaN单晶设备中气体输运组件的结构示意图；
图3为本发明实施例一提供的一种激光辅助加热制备GaN单晶设备中衬底支撑件的结构示意图；
图4为本发明实施例二提供的一种激光辅助加热制备GaN单晶设备中气体输运组件的结构示意图；
图5为本发明实施例二提供的一种激光辅助加热制备GaN单晶设备中衬底支撑件的结构示意图。
上述图中：1、晶体生长系统；11、气体输运组件；12、衬底支撑件；13、衬底生长区；14、气体输运端口；15、第一激光输运端口；16、第二激光输运端口；17、加热模块；2、激光产生系统；21、激光传导组件；22、激光光斑整形组件；3、温控系统；31、温度探测反馈组件。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要理解的是，在本发明的描述中，具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。其中，示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法；虽然流程图将各项操作或步骤处理描述形成一定的顺序，但是其中的许多操作或步骤是能够被并行地、并发地或者同时实施的，且各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作或步骤完成时，对应处理可以被终止，还可以具有未包括在附图中的附加步骤。前面所述的处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案；可以理解的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
请参考图1，本发明提供了一种激光辅助加热制备GaN单晶设备，包括：
晶体生长系统1，包括用于放置衬底的衬底支撑件12，以及位于衬底支撑件12上方的气体输运组件11，气体输运组件11包括气体输运端口14，气体输运端口14对准于衬底支撑件12设置；气体输运组件11与衬底支撑件12之间形成衬底生长区13；
激光产生系统2，包括激光传导组件21，激光传导组件21的输出端设有激光输运端口，激光输运端口对准于衬底支撑件12设置；
温控系统3，温控系统3包括温度探测反馈组件31，温度探测反馈组件31包括控制器，以及作用于衬底生长区13的温度探测反馈端；控制器激光产生系统2连接，用于根据温度探测反馈组件31所反馈的温度而调整激光的能量密度与脉冲数。
可以理解的是，激光产生系统2可以包括脉冲激光器和功率放大器，脉冲激光器发出的脉冲激光入射到功率放大器，经功率放大器放大后的脉冲激光通过激光传导组件和激光输运端口将激光传导至衬底生长区13。激光产生系统2还可以采用现有技术中其他类型的产生系统，在此不作过多限定。此外，温度探测反馈组件31包括数个设于衬底生长区13的温度传感器，温度传感器能够将所测到的温度信号传递给控制器。
本发明中，通过激光产生系统2产生激光，通过激光传导组件和激光输运端口将激光传导至衬底生长区13，使激光光斑辐射处的材料吸收激光光能而加速分子热运动，从而提高了晶体生长的温度；
另外，利用温控系统3以实时探测并反馈晶体生长处的局域温度，以此为依据来调整激光的能量密度与脉冲数，使得材料的吸收谱匹配相应的激光波长，确保材料的分子热运动加速但仍处于简谐振动的范畴，不会出现裂解而影响晶体结构，进而实现高速高质量GaN单晶的生长；
最后，通过集成激光提高晶体生长局域温度，在不改变晶体生长系统1整体温度布局的同时能够有效降低系统需承受的温场，从而有效降低设备制造成本。
进一步地，本实施例中，激光传导组件的输出端设有激光光斑整形组件22，激光光斑整形组件22包括多个激光头，以及驱动连接于激光头的扫描驱动件，扫描驱动件用于驱动激光头做往复运动，以使激光产生系统2所产生的激光扫描衬底支撑件12。激光输运端口的至少部分位于激光头处，激光输运端口的形状包括但不限于圆形、方形与条形。
在其中一种实施方式中，扫描驱动件为伺服电机，扫描驱动件通过直接驱动激光头做往复运动，以形成往复扫描的光斑；在另一种实施方式中，扫描驱动件为伺服电机，激光头内则设有光路换向元件，例如多棱镜，通过伺服电机驱动多棱镜运动以改变多棱镜的方向，以实现激光的往复摆动。
同时，衬底支撑件12连接有旋转驱动件，旋转驱动件用于驱动衬底支撑件12以预定速度旋转。通过调控激光扫描频次与衬底的运动匹配，从而能够实现大尺寸高质量GaN单晶材料外延生长的均匀性与一致性。
具体地，激光光斑整形组件22的材质为透明材料与反射材料的组合，包括但不限于石英、蓝宝石。
此外，衬底支撑件12设有加热模块17，该加热模块17可以为现有技术中实现GaN单晶生长的任意一种加热方式，与激光加热方式配合以调控衬底表面的温度，能够提高温度的均匀均匀性，从而有利于确保晶体质量。
其中，衬底为GaN复合衬底、蓝宝石、硅或碳化硅衬底。GaN复合衬底包括GaN薄膜和基底，基底包括蓝宝石、硅和碳化硅材料中的一种或多种。进一步地，GaN复合衬底由MOCVD(金属有机化学气相沉积)、MBE(分子束外延)、MPCVD(微波等离子体化学气相沉积)、溅射和离子注入中的一种或多种工艺制成。
实施例一
请结合参考图1～图3，本发明实施例提供一种激光辅助加热制备GaN单晶设备，包括：晶体生长系统1，激光产生系统2和温控系统3。
将待外延生长的GaN/蓝宝石复合衬底置于衬底支撑件12上，抽底至晶体生长压力，晶体生长压力为200torr-760torr，同时衬底支撑件12旋转速度为5rpm-10000rpm；
开启衬底支撑件12中的加热模块17加热GaN/蓝宝石复合衬底，使GaN/蓝宝石复合衬底的温度达到设定值，具体的温度设定值为500～1000度；输入NH3到衬底生长区13，NH3的流量设定为1slm-100slm；
然后，开启激光产生系统2，预热10分钟，当GaN/蓝宝石复合衬底温度达到设定温度时，通过气体输运端口14将GaN生长源气体三甲基镓与载气氢气输入到衬底生长区13，五三比为100:1，同时开启激光光斑整形组件22的动力控制，使其做往复扫描运行，激光产生系统2产生的激光通过激光传导组件21被输送至激光光斑整形组件22，并通过第一激光输运端口15辐射到置于衬底支撑件12的GaN/蓝宝石复合衬底表面。
本实施例中，第一激光输运端口15为圆形阵列，激光波长为248nm，能量密度为50-1000mJ/cm2，激光辐照脉冲数为20-200，GaN/蓝宝石复合衬底表面的GaN吸收激光能量，分子热运动加剧而提高了晶体生长的表面温度，表面温度设定为1000-1500度。
在本实施例的其中一种实施方式中，激光光斑整形组件22位于衬底支撑件12的上方，激光光斑整形组同时位于气体输运组件11的下方，激光输运端口的一部分贯穿气体输运组件11，并嵌于相邻的气体输运端口14的间隙中。
在本实施例的另一种实施方式中，激光光斑整形组件22位于衬底支撑件12的下方，激光输运端口的一部分贯穿衬底支撑件12。
利用温控系统3通过温度探测反馈组件31实时探测GaN/蓝宝石复合衬底表面各处的温度，并实时反馈，根据需求随时调整激光的能量密度与脉冲数，以实现温度及其均匀性的精准调控。
当晶体生长达到预定时间时，顺次关闭激光光斑整形组件22的动力，关闭激光产生系统2，关闭温控系统3，关闭晶体生长系统1的生长源气体，充入惰性气体，当腔压达到760torr时取出GaN/蓝宝石复合衬底。本实施例中，晶体生长的预定时间为1-100分钟。
实施例二
在实施例一的基础上，本发明还提供本实施例二，请结合参考图1、图4和图5，本实施例提供了一种激光辅助加热制备GaN单晶设备，包括：晶体生长系统1，激光产生系统2与温控系统3。
将待外延生长的GaN/硅复合衬底置于衬底支撑件12上，抽底至晶体生长压力，晶体生长压力为200torr-760torr，同时衬底支持组件12旋转速度为5rpm-10000rpm；
开启支撑组件17的加热模块17加热GaN/硅复合衬底，使GaN/硅复合衬底的温度达到设定值，该设定温度为500～1000度，同时输入NH3至衬底生长区13，NH3的流量设定为1slm-100slm；
然后，开启激光产生系统2，预热10分钟，当GaN/硅复合衬底温度达到设定温度时，通过气体输运端口14输入GaN生长源气体GaCl3与载气氮气至衬底生长区13，五三比为50:1，同时，开启激光光斑整形组件22的动力控制，使其做往复扫描运行，激光产生系统2产生的激光通过激光传导组件21被输送至激光光斑整形组件22，然后通过第二激光输运端口16辐射到置于衬底支撑件12的GaN/硅复合衬底的基底面。
本实施例中，第二激光输运端口16为长条形阵列，激光波长为532nm，能量密度为50-1000mJ/cm2，激光辐照脉冲数为20-200，GaN/硅复合衬底的基底吸收激光能量，分子热运动加剧而提高了晶体生长的表面温度，表面温度设定为1000-1500度。
在本实施例的其中一种实施方式中，激光光斑整形组件22位于衬底支撑件12的上方，激光光斑整形组同时位于气体输运组件11的下方，激光输运端口的一部分贯穿气体输运组件11，并嵌于相邻的气体输运端口14的间隙中。
在本实施例的另一种实施方式中，激光光斑整形组件22位于衬底支撑件12的下方，激光输运端口的一部分贯穿衬底支撑件12。
利用温控系统3通过温度探测反馈组件31实时探测衬底表面各处的温度，并实时反馈，根据需求随时调整激光的能量密度与脉冲数，以实现温度及其均匀性的精准调控。
当晶体生长达到预定时间时，顺次关闭激光光斑整形组件22的动力，关闭激光产生系统2，关闭温控系统3，关闭晶体生长系统1的生长源气体，充入惰性气体，当腔压达到760torr时取出GaN/硅复合衬底。本实施例中，晶体生长的预定时间为1-200分钟。
基于前述各个实施例，本发明通过采用激光辅助加热生长GaN单晶，降低了设备所需设定的温度值，使得设备能够在维持低温的情况下运行，极大的降低了设备的制造与运行成本；同时，利用激光加热的方式，在晶体生长的局域快速提高其生长所需温度，有效提高了GaN单晶的生长速率与晶体质量，通过激光扫描可保证晶体生长薄膜的均匀性与一致性，得到高质量的GaN单晶材料实现工业化量产。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种激光辅助加热制备GaN单晶设备，其特征在于，包括：
晶体生长系统，包括用于放置衬底的衬底支撑件，以及位于所述衬底支撑件上方的气体输运组件，所述气体输运组件包括气体输运端口，所述气体输运端口对准于所述衬底支撑件设置；所述气体输运组件与衬底支撑件之间形成衬底生长区；
激光产生系统，包括激光传导组件，所述激光传导组件的输出端设有激光输运端口，所述激光输运端口对准于所述衬底支撑件设置；
温控系统，所述温控系统包括温度探测反馈组件，所述温度探测反馈组件包括控制器，以及作用于所述衬底生长区的温度探测反馈端；所述控制器与所述激光产生系统连接，用于根据所述温度探测反馈组件所反馈的温度调整激光的能量密度与脉冲数。
2.根据权利要求1所述的激光辅助加热制备GaN单晶设备，其特征在于，所述激光传导组件的输出端设有激光光斑整形组件，所述激光光斑整形组件包括激光头，以及驱动连接于所述激光头的扫描驱动件，所述扫描驱动件用于驱动所述激光头做往复运动，以使所述激光产生系统所产生的激光扫描所述衬底支撑件；
所述激光输运端口的至少部分位于所述激光头处。
3.根据权利要求2所述的激光辅助加热制备GaN单晶设备，其特征在于，所述激光输运端口的形状包括但不限于圆形、方形和条形。
4.根据权利要求2所述的激光辅助加热制备GaN单晶设备，其特征在于，所述激光光斑整形组件的材质为透明材料与反射材料的组合。
5.根据权利要求2至4任一项所述的激光辅助加热制备GaN单晶设备，其特征在于，所述激光光斑整形组件位于所述衬底支撑件的上方、下方或周侧。
6.根据权利要求1所述的激光辅助加热制备GaN单晶设备，其特征在于，所述衬底支撑件设有加热模块。
7.根据权利要求1所述的激光辅助加热制备GaN单晶设备，其特征在于，所述衬底支撑件连接有旋转驱动件，所述旋转驱动件用于驱动所述衬底支撑件以预定速度旋转。
8.根据权利要求1所述的激光辅助加热制备GaN单晶设备，其特征在于，所述衬底为GaN复合衬底、蓝宝石、硅或碳化硅衬底。
9.根据权利要求8所述的激光辅助加热制备GaN单晶设备，其特征在于，所述GaN复合衬底包括GaN薄膜和基底，所述基底包括蓝宝石、硅和碳化硅材料中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的激光辅助加热制备GaN单晶设备，其特征在于，所述GaN复合衬底由MOCVD、MBE、MPCVD、溅射和离子注入中的一种或多种工艺制成。
CN202210410043.1A 2022-04-19 2022-04-19 一种激光辅助加热制备GaN单晶设备 Active CN114737250B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210410043.1A CN114737250B (zh) 2022-04-19 2022-04-19 一种激光辅助加热制备GaN单晶设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210410043.1A CN114737250B (zh) 2022-04-19 2022-04-19 一种激光辅助加热制备GaN单晶设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114737250A true CN114737250A (zh) 2022-07-12
CN114737250B CN114737250B (zh) 2023-09-19

Family

ID=82281207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210410043.1A Active CN114737250B (zh) 2022-04-19 2022-04-19 一种激光辅助加热制备GaN单晶设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114737250B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110039356A1 (en) * 2009-08-11 2011-02-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing semiconductor device and apparatus for manufacturing same
CN104532211A (zh) * 2014-10-18 2015-04-22 华中科技大学 一种激光辅助低温生长氮化物材料的方法与装备
CN105821472A (zh) * 2016-04-25 2016-08-03 武汉大学 一种基于飞秒激光辅助的半导体材料外延生长方法和装置
CN106552939A (zh) * 2015-08-20 2017-04-05 通用电气公司 用于单晶超级合金和金属的直写的设备和方法
CN108472732A (zh) * 2015-11-23 2018-08-31 霍伯特兄弟公司 通过加性制造进行的单晶生长的系统和方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110039356A1 (en) * 2009-08-11 2011-02-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing semiconductor device and apparatus for manufacturing same
CN104532211A (zh) * 2014-10-18 2015-04-22 华中科技大学 一种激光辅助低温生长氮化物材料的方法与装备
CN106552939A (zh) * 2015-08-20 2017-04-05 通用电气公司 用于单晶超级合金和金属的直写的设备和方法
CN108472732A (zh) * 2015-11-23 2018-08-31 霍伯特兄弟公司 通过加性制造进行的单晶生长的系统和方法
CN105821472A (zh) * 2016-04-25 2016-08-03 武汉大学 一种基于飞秒激光辅助的半导体材料外延生长方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN114737250B (zh) 2023-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10090153B2 (en) Formation of heteroepitaxial layers with rapid thermal processing to remove lattice dislocations
US5106453A (en) MOCVD method and apparatus
US5186756A (en) MOCVD method and apparatus
CN104532211B (zh) 一种激光辅助低温生长氮化物材料的方法与装备
EP3360155A1 (en) Diode laser for wafer heating for epi processes
US7888250B2 (en) Method and apparatus for activating compound semiconductor
CN107366014B (zh) 喷头、气相生长装置以及气相生长方法
KR20010029199A (ko) 질화물 단결정 기판 제조 장치 및 방법
JP2002158175A (ja) 化学気相成長装置および半導体膜の成長方法
CN114737250B (zh) 一种激光辅助加热制备GaN单晶设备
JP6257437B2 (ja) 結晶成長装置
CN204185555U (zh) 一种激光辅助低温生长氮化物材料的装置
JP4623942B2 (ja) 化合物半導体の成長装置
JP4670002B2 (ja) 窒化物単結晶の製造方法
CN105780124B (zh) 一种激光辅助iii-v族晶体生长装置及方法
RU2635612C1 (ru) Способ сращивания изделий из поликристаллических алмазов в СВЧ-плазме
CN116121862B (zh) 垂直式光辅助金属有机物化学气相沉积装置及其沉积方法
JPS63188932A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法
KR100472626B1 (ko) 질화갈륨 후막의 제조장치
CN114000191B (zh) 一种用于分子束外延均匀加热的系统及加热方法
JPS62297296A (ja) 気相成長方法
CN117364060A (zh) 一种MOCVD反应腔、生长AlGaN薄膜的方法
JPS63188933A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法
CN116988015A (zh) 一种基于脉冲激光沉积制备超导薄膜的装置及方法
KR20040063447A (ko) 질화물 기판 제조시 사용되는 버퍼층 형성 방법

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