一種激光輔助III-V族晶體生長裝置及方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種激光輔助III?V族晶體生長裝置，包括：反應(yīng)釜，反應(yīng)釜內(nèi)填充的反應(yīng)物溶液，浸沒在其中的晶種模板，激光發(fā)射、接收裝置，激光入射、出射窗口。同時公開了一種激光輔助III?V族晶體生長方法：將晶種模板設(shè)置于反應(yīng)釜溶液中的特定位置?即激光路徑上，采用其頻率與晶體生長裝置中的晶體或生長原料的原子諧振頻率或分子諧振頻率相同的激光，輔助反應(yīng)物溶液中晶體液相外延生長。本發(fā)明專利技術(shù)，能有效提高反應(yīng)速率和晶體質(zhì)量，且可控性好。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體光電子
，尤其涉及一種激光輔助III-V族晶體生長裝置及方法。
技術(shù)介紹
III-V族晶體如氮化鎵等，具有高頻、低雜音、高效率以及低耗電等特性，可以應(yīng)用在光纖通訊、無線通訊、衛(wèi)星通訊等商業(yè)用途和國防用途，具備較大的應(yīng)用價值。目前制備氮化鎵等晶體通常采用氣相法合成，雖然速率相比于其他方法具有優(yōu)勢，但晶體質(zhì)量卻有待進一步提高。相比之下，液相法合成晶體質(zhì)量相對較高，而且也具有可觀的生長速率，漸漸成為了研究熱點，如鈉助熔劑法等。然而，目前的助熔劑法等液相法，由于反應(yīng)物溶液中難以大量溶解反應(yīng)氣體，晶體的生長速率較慢，晶體質(zhì)量也需進一步提高，如何增大反應(yīng)氣體如氮氣，在反應(yīng)物溶液中的溶解度，成為鈉助熔劑法生長氮化鎵晶體的關(guān)鍵技術(shù)問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠增大氮氣在Ga-Na溶液中溶解度的裝置和方法，從而提高氮化鎵單晶晶體質(zhì)量及生長速率。本專利技術(shù)采取以下技術(shù)方案：一種激光輔助III-V族晶體生長裝置，包括反應(yīng)釜、反應(yīng)釜內(nèi)填充的反應(yīng)物溶液、浸沒在反應(yīng)物溶液中的晶種模板、還包括激光裝置，所述激光裝置包括激光發(fā)射裝置和激光接收裝置以及設(shè)置在反應(yīng)釜側(cè)壁上的激光入射窗口和激光出射窗口；所述晶種模板，浸沒在反應(yīng)釜溶液中的激光路徑上，所述激光路徑，處于激光入射窗口和激光出射窗口之間，是可以實時調(diào)節(jié)的；所述激光發(fā)射裝置發(fā)射特定頻率的激光，通過激光入射窗口、反應(yīng)物溶液、激光出射窗口后，到達激光接收裝置。所述激光發(fā)射裝置發(fā)射激光，其激光頻率、激光能量是可以調(diào)節(jié)的；所述激光接收裝置接收激光并輸出反饋信號。所述激光頻率，調(diào)至晶體生長裝置中晶體或生長原料的原子諧振頻率或分子諧振頻率。所述激光裝置，其數(shù)量至少為1組。一種激光輔助III-V族晶體生長方法，其步驟如下：①調(diào)整晶種模板至反應(yīng)釜的特定位置-即激光路徑上，晶種模板與水平方向間的角度為0～90度，并往反應(yīng)釜內(nèi)放置反應(yīng)物原材料；②密封反應(yīng)釜，開動氣源，并對反應(yīng)釜進行加熱，使反應(yīng)釜的壓力達到1～50MPa，溫度達到700～1000℃；③當(dāng)溫度壓力達到步驟②所述條件時，打開激光發(fā)射裝置、激光接收裝置，預(yù)調(diào)激光頻率，使其頻率與晶體生長裝置中的晶體或生長原料的原子諧振頻率或分子諧振頻率基本相同；④調(diào)節(jié)反饋信號，調(diào)控激光頻率、激光能量、及晶種模版在激光路徑中所處位置，至接近最佳工作狀態(tài)；⑤晶體生長：在此過程中，反復(fù)細調(diào)反饋信號、激光頻率、激光能量、晶種模板所處激光路徑，使晶體生長反應(yīng)速率及晶體質(zhì)量均調(diào)至最佳狀態(tài)；⑥晶體生長達到目標厚度后，關(guān)閉激光發(fā)射及接收裝置，關(guān)閉氣源及加熱裝置，待反應(yīng)釜冷卻至室溫，取出晶體，晶體生長結(jié)束。本專利技術(shù)具有以下有益效果：1.調(diào)節(jié)激光頻率，使頻率等于氮氣分子鍵的諧振頻率，斷裂氮氣分子為活性氮，從而增大反應(yīng)物溶液中氮源，加速晶體生長和提高晶體質(zhì)量。2.調(diào)節(jié)激光頻率，使頻率等于氮化鎵分子鍵的諧振頻率，斷裂氣液界面多晶層分子，使氮化鎵重新融入反應(yīng)物溶液中參與反應(yīng)，以提高原材料利用率的同時消除多晶層。3.激光能量直接作用于溶液，降低反應(yīng)溫度。附圖說明附圖1為本專利技術(shù)實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本專利技術(shù)實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為本專利技術(shù)實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標注說明：實施例一中：10：反應(yīng)釜；11：激光入射窗口；12：氮氣入口；13：反應(yīng)物溶液；14：晶種模板；15：激光發(fā)射裝置；16：激光接收裝置；17：激光出射窗口；實施例二中：20：反應(yīng)釜；21：激光入射窗口；22：氮氣入口；23：反應(yīng)物溶液；24：晶種模板；25：激光發(fā)射裝置；26：激光接收裝置；27：激光出射窗口；實施例三中：30：反應(yīng)釜；31：激光入射窗口；32：氮氣入口；33：反應(yīng)物溶液；34：晶種模板；35：激光發(fā)射裝置；36：激光接收裝置；37：激光出射窗口；具體實施方式為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進一步的描述。實施例一，如附圖1所示，反應(yīng)釜10內(nèi)設(shè)置有反應(yīng)物溶液13，反應(yīng)釜10內(nèi)設(shè)置有晶種模板14，晶種模板與水平方向間的角度為0度，反應(yīng)釜溶液13浸沒晶種模板14，反應(yīng)釜10設(shè)置有氮氣進氣口12，反應(yīng)釜壁上設(shè)置有激光入射窗口11。激光裝置包括激光發(fā)射裝置15和激光接收裝置16；激光發(fā)射裝置15發(fā)射特定頻率的激光，通過激光入射窗口11、反應(yīng)物溶液13、激光出射窗口17后，到達激光接收裝置16，被接收并輸出反饋信號，從而調(diào)節(jié)激光的能量和路徑等。晶種模板14位于反應(yīng)釜10底部，浸沒在反應(yīng)釜溶液13中，晶種表面與激光路徑相平行。調(diào)節(jié)激光的頻率，使頻率等于氮氣分子鍵的諧振頻率，會斷裂氮氣分子為活性氮，增大反應(yīng)物溶液中氮源，從而加速晶體生長和提高晶體質(zhì)量。并且，激光頻率等于氮化鎵分子鍵的諧振頻率，會斷裂氣液界面多晶層分子，使其重新融入反應(yīng)物溶液中參與反應(yīng)，從而提高原材料利用率的同時消除了多晶層。此外，激光的能量直接作用于溶液，可以降低反應(yīng)溫度。實施例二，如附圖2所示，反應(yīng)釜20內(nèi)設(shè)置有反應(yīng)物溶液23，反應(yīng)釜20內(nèi)設(shè)置有晶種模板24，晶種模板與水平方向間的角度為30度，反應(yīng)釜溶液23浸沒晶種模板24，反應(yīng)釜20設(shè)置有氮氣進氣口22，反應(yīng)釜壁上設(shè)置有激光入射窗口21、激光出射窗口27。激光裝置包括激光發(fā)射裝置25和激光接收裝置26，激光發(fā)射裝置25發(fā)射特定頻率的激光，通過激光入射窗口21進入反應(yīng)物溶液23中，經(jīng)過反應(yīng)物溶液23、通過激光出射窗口27，被激光接收裝置26接收并輸出反饋信號，借此調(diào)節(jié)激光的能量和路徑等。激光傾斜入射反應(yīng)物溶液23中，晶種模板24傾斜放置，晶種模板24表面位于激光路徑上，晶種模版24表面與激光路徑相平行。調(diào)節(jié)激光的頻率，使頻率等于氮氣分子鍵的諧振頻率，會斷裂氮氣分子為活性氮，斷裂的活性氮可直接在晶種模板24表面合成氮化鎵，加速晶體生長和提高晶體質(zhì)量。此外，激光的能量直接作用于溶液，降低反應(yīng)溫度。實施例三，如附圖3所示，反應(yīng)釜30內(nèi)設(shè)置有反應(yīng)物溶液33，反應(yīng)釜30內(nèi)設(shè)置有晶種模板34，反應(yīng)釜溶液33浸沒晶種模板34，反應(yīng)釜30設(shè)置有氮氣進氣口32，反應(yīng)釜壁上設(shè)置有激光入射窗口31、激光出射窗口37。激光裝置包括激光發(fā)射裝置35和激光接收裝置36，激光發(fā)射裝置35發(fā)射特定頻率的激光，通過激光入射窗口31，進入反應(yīng)物本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種激光輔助III?V族晶體生長裝置，包括：反應(yīng)釜、反應(yīng)釜內(nèi)填充的反應(yīng)物溶液、浸沒在反應(yīng)物溶液中的晶種模板，其特征在于：還包括激光裝置，所述激光裝置包括激光發(fā)射裝置和激光接收裝置以及設(shè)置在反應(yīng)釜側(cè)壁上的激光入射窗口和激光出射窗口；所述晶種模板，浸沒在反應(yīng)釜溶液中的激光路徑上，所述激光路徑，處于激光入射窗口和激光出射窗口之間；所述激光發(fā)射裝置發(fā)射特定頻率的激光，通過激光入射窗口、反應(yīng)物溶液、激光出射窗口后，到達激光接收裝置。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種激光輔助III-V族晶體生長裝置，包括：反應(yīng)釜、反應(yīng)
釜內(nèi)填充的反應(yīng)物溶液、浸沒在反應(yīng)物溶液中的晶種模板，其特征在
于：還包括激光裝置，所述激光裝置包括激光發(fā)射裝置和激光接收裝
置以及設(shè)置在反應(yīng)釜側(cè)壁上的激光入射窗口和激光出射窗口；所述晶
種模板，浸沒在反應(yīng)釜溶液中的激光路徑上，所述激光路徑，處于激
光入射窗口和激光出射窗口之間；所述激光發(fā)射裝置發(fā)射特定頻率的
激光，通過激光入射窗口、反應(yīng)物溶液、激光出射窗口后，到達激光
接收裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種激光輔助III-V族晶體生長裝
置，其特征在于，所述激光發(fā)射裝置，發(fā)射激光，其激光頻率、激光
能量可以調(diào)節(jié)；所述激光接收裝置，接收由激光出射窗口射出的激光
并輸出反饋信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述一種激光輔助III-V族晶體生長裝置，
其特征在于，所述激光路徑，是可以實時調(diào)節(jié)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1～3中任意一項權(quán)利要求所述的一種激光輔
助III-V族晶體...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：巫永鵬，羅睿宏，陳蛟，張國義，
申請(專利權(quán))人：東莞市中鎵半導(dǎo)體科技有限公司，北京大學(xué)東莞光電研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44