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CN111434809B - 非极性/半极性氮化镓单晶及其助熔剂法生长方法 - Google Patents

非极性/半极性氮化镓单晶及其助熔剂法生长方法 Download PDF

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CN111434809B CN201910038242.2A CN201910038242A CN111434809B CN 111434809 B CN111434809 B CN 111434809B CN 201910038242 A CN201910038242 A CN 201910038242A CN 111434809 B CN111434809 B CN 111434809B
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Abstract

本发明公开了一种助熔剂法生长非极性/半极性氮化镓单晶的方法，包括：沿选定的解理面对氮化镓晶片进行解理，并将所获氮化镓晶片排列成阵列，获得解理面氮化镓单晶阵列；以所述解理面氮化镓单晶阵列作为籽晶，利用助熔剂法液相外延合并生长获得沿解理面的非极性/半极性氮化镓单晶。较之现有技术，本发明在助熔剂法液相外延生长氮化镓过程中，利用质量均匀的作为籽晶的非极性/半极性氮化镓单晶阵列，通过液相外延合并生长，获得较高质量的非极性/半极性氮化镓单晶，进一步采用该氮化镓单晶进行液相外延，可获得非极性/半极性的氮化镓体单晶。

Description

非极性/半极性氮化镓单晶及其助熔剂法生长方法
技术领域
本发明涉及一种氮化物单晶的制备方法，特别涉及一种助熔剂法生长非极性/半极性氮化镓单晶的方法。
背景技术
氮化镓(GaN)单晶具有优越的物化性能，在LED、激光器、电力电子、微波功率器件领域得到了广泛应用。由于氮化镓单晶是一种强极化材料，通常在生长方向(c-方向)具有极化场，实验证明，采用特定生长方向(非极性/半极性方向)的氮化镓材料，可以避免材料内部极化场带来的影响，进一步提高器件的性能。
以m面(10-10)氮化镓为例，通常获得m面氮化镓单晶的方法是，首先采用气相法(主要为HVPE法)获得厘米级厚度(1～5cm)的c面(0001)氮化镓体单晶，然后垂直于c面从体单晶内部切割出m面非极性/半极性氮化镓单晶(如图1所示)，然而，获得厘米级厚度的c面氮化镓体单晶生长工艺相对于获得c面氮化镓晶片的生长工艺较难，且采用厘米级厚度c面氮化镓体单晶切割出m面氮化镓会导致晶片成本很高，此外，由于氮化镓体单晶在生长方向上存在质量不均匀性(比如随着生长厚度的增加，晶体位错密度逐渐降低)，因此，获得的m面氮化镓的面内光电性质存在不均匀性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种非极性/半极性氮化镓单晶及其助熔剂法生长方法，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生长非极性/半极性氮化镓单晶的方法，其包括：
沿选定的解理面对氮化镓晶片进行解理，并将所获氮化镓晶片排列成阵列，获得解理面氮化镓单晶阵列；
以所述解理面氮化镓单晶阵列作为籽晶，利用助熔剂法液相外延合并生长获得沿解理面的非极性/半极性氮化镓单晶。
在一些实施方案中，所述解理面为非极性面或半极性面，优选为m面
Figure BDA0001944735930000021
但不限于此。进一步地，所述助熔剂法生长非极性/半极性氮化镓单晶的方法具体包括：沿着氮化镓晶片的m面
Figure BDA0001944735930000022
对氮化镓晶片进行物理解理，获得宽度为2～5mm的长条籽晶，之后将获得的多个长条籽晶排列成阵列，获得m面氮化镓单晶阵列。
本发明实施例还提供了由前述任一种方法制备的非极性/半极性氮化镓单晶。
进一步地，所述非极性/半极性氮化镓单晶为高质量的m面或其他非极性/半极性氮化镓单晶。较之现有技术，本发明在助熔剂法液相外延生长氮化镓过程中，利用质量均匀的作为籽晶的非极性/半极性氮化镓单晶阵列，通过液相外延合并生长，获得较高质量的非极性/半极性氮化镓单晶，进一步采用该氮化镓单晶进行液相外延，可获得非极性/半极性的氮化镓体单晶。
附图说明
图1是现有技术中采用气相法获c面(0001)氮化镓体单晶，然后垂直于c面从体单晶内部切割出m面氮化镓单晶的过程示意图。
图2是本发明一典型实施案例中一种助熔剂法生长非极性/半极性氮化镓单晶的工艺原理图。
图3a是本发明一典型实施案例中获得的一种非极性/半极性氮化镓单晶的SEM图。
图3b是本发明一典型实施案例中获得的一种非极性/半极性氮化镓单晶的阴极荧光(CL)测试图。
具体实施方式
助熔剂法(NaFlux method)作为目前获得高质量、大尺寸氮化镓体单晶的主流生长方法之一，具有诸多优势，本案发明人在长期研究中发现，采用该生长方法，可以液相外延获得高质量的m面或其他非极性/半极性氮化镓单晶。基于这一发现，本案发明人提出了一种助熔剂法生长非极性/半极性氮化镓单晶的方法，在助熔剂法液相外延生长氮化镓过程中，利用质量均匀的作为籽晶的非极性/半极性氮化镓单晶阵列，通过液相外延合并生长，获得较高质量的非极性/半极性氮化镓单晶，进一步采用该氮化镓单晶进行液相外延，可获得非极性/半极性的氮化镓体单晶。
较为具体地讲，本发明实施例的一个方面提供的一种助熔剂法生长非极性/半极性氮化镓单晶的方法包括：
沿选定的解理面对氮化镓晶片进行解理，并将所获氮化镓晶片排列成阵列，获得解理面氮化镓单晶阵列；
以所述解理面氮化镓单晶阵列作为籽晶，利用助熔剂法液相外延合并生长获得沿解理面的非极性/半极性氮化镓单晶。
在一些实施方案中，所述助熔剂法生长非极性/半极性氮化镓单晶的方法还包括：采用所述解理面氮化镓单晶进一步液相外延生长获得非极性/半极性氮化镓体单晶。
在一些实施方案中，所述助熔剂法生长非极性/半极性氮化镓单晶的方法包括：采用气相外延法(主要为HVPE法)形成自支撑的、生长方向为c方向的氮化镓晶片。
进一步地，所述氮化镓晶片的尺寸为2～6英寸。
进一步地，所述氮化镓晶片的厚度为300～800μm，其中，6英寸氮化镓晶片最大厚度可达800μm。
在一些实施方案中，所述解理面可以是非极性面(如m面)或半极性面，但不限于此。
在一优选实施方案中，所述助熔剂法生长非极性/半极性氮化镓单晶的方法具体包括：沿着氮化镓晶片的m面
Figure BDA0001944735930000031
对氮化镓晶片进行物理解理，获得宽度为2～5mm的长条籽晶，之后将获得的多个长条籽晶排列成阵列，获得m面氮化镓单晶阵列。
进一步地，相邻两个长条籽晶之间的空隙距离为0～500μm。
进一步地，所述m面氮化镓单晶阵列包含两个以上的长条籽晶。
进一步地，所述非极性/半极性氮化镓体单晶的尺寸为10mm×10mm～150mm×150mm，厚度为0.5～5mm。
在一优选实施方案中，所述助熔剂法生长非极性/半极性氮化镓单晶的方法具体包括：在无水无氧环境中，将金属钠、金属镓、氮化的碳添加剂与作为籽晶的m面氮化镓单晶阵列均匀混合，在3～10MPa压力，700～1000℃温度条件下，首先以助熔剂法进行液相外延合并生长获得m面氮化镓单晶薄膜，然后进一步液相外延生长获得m面非极性/半极性氮化镓单晶。
本发明实施例的另一个方面提供了由前述任一种方法制备的非极性/半极性氮化镓单晶。
综上所述，本发明在助熔剂法液相外延生长氮化镓过程中，利用质量均匀的作为籽晶的非极性/半极性氮化镓单晶阵列，通过液相外延合并生长，获得较高质量的非极性/半极性氮化镓单晶，进一步采用该氮化镓单晶进行液相外延，可获得非极性/半极性的氮化镓体单晶。
如下将结合实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明。
请参阅图2所示，以m面氮化镓(GaN)为例，本实施例涉及的一种助熔剂法生长非极性/半极性氮化镓单晶的方法包括如下步骤：
第一步：选用气相外延(主要为HVPE法)获得的自支撑均匀外延GaN晶片(生长方向为c方向)，尺寸为2～6英寸，厚度为300～800μm，然后沿着GaN晶片的m面
Figure BDA0001944735930000032
物理解理获得宽度为2～5mm的长条籽晶，此时，长条籽晶的较长侧面(m面)即为待液相外延的籽晶面，然后将该方式获得的多条籽晶，排列成阵列，两条籽晶之间的空隙距离为0～500μm，解理后获得的长条籽晶m面均向上放置。
第二步：将该方式获得的m面GaN单晶阵列作为籽晶，利用助熔剂法液相外延合并生长获得m面GaN单晶，如图3a和图3b所示，为采用2片m面长条GaN籽晶，液相外延合并生长后的m面GaN单晶，外延晶面内均匀性较好。图3a是本实施例所获非极性/半极性氮化镓单晶的SEM图。图3b是本实施例所获非极性/半极性氮化镓单晶的阴极荧光(CL)测试图。进一步增加长条GaN籽晶数量及尺寸，可获得大尺寸(10mm×10mm～150mm×150mm)、高质量且质量均匀的m面GaN体单晶(厚度0.5～5mm)。
其中，前述第二步骤中，液相外延生长非极性/半极性氮化镓单晶的过程具体包括：在绝水绝氧的手套箱内将金属钠和金属镓、氮化的碳添加剂(添加比例：占金属钠和金属镓总量的0.005～1.0mol％)及非极性/半极性氮化镓籽晶阵列放入坩埚内，然后转移至液相外延生长设备中，在3～10MPa压力，700～1000℃温度条件下，首先进行液相外延合并生长，获得m面氮化镓单晶薄膜，然后进一步液相外延生长获得m面非极性/半极性氮化镓单晶。
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 (6)

1.一种助熔剂法生长非极性/半极性氮化镓单晶的方法，其特征在于包括：
采用气相外延法形成自支撑的、生长方向为c方向的氮化镓晶片，所述氮化镓晶片的厚度为300~800µm，沿着氮化镓晶片的m面{
Figure 906059DEST_PATH_IMAGE001
}对氮化镓晶片进行物理解理，获得宽度为2~5mm的长条籽晶，之后将获得的多个长条籽晶排列成阵列，获得m面氮化镓单晶阵列，相邻两个长条籽晶之间的空隙距离为0~500µm；所述氮化镓单晶阵列为质量均匀的非极性/半极性氮化镓单晶阵列；
在无水无氧环境中，将金属钠、金属镓、氮化的碳添加剂与作为籽晶的质量均匀的非极性/半极性氮化镓单晶阵列均匀混合，在3~10MPa压力，700~1000℃温度条件下，首先以助熔剂法进行液相外延合并生长获得m面氮化镓单晶薄膜，然后进一步液相外延生长获得m面非极性/半极性氮化镓单晶。
2.根据权利要求1所述助熔剂法生长非极性/半极性氮化镓单晶的方法，其特征在于还包括：采用所述m面非极性/半极性氮化镓单晶进一步液相外延生长获得非极性/半极性氮化镓体单晶。
3.根据权利要求1所述助熔剂法生长非极性/半极性氮化镓单晶的方法，其特征在于：所述氮化镓晶片的尺寸为2~6英寸。
4.根据权利要求1所述助熔剂法生长非极性/半极性氮化镓单晶的方法，其特征在于：所述m面氮化镓单晶阵列包含两个以上的长条籽晶。
5.根据权利要求2所述助熔剂法生长非极性/半极性氮化镓单晶的方法，其特征在于：所述非极性/半极性氮化镓体单晶的尺寸为10mm×10mm~150mm×150mm，厚度为0.5~5mm。
6.由权利要求1-5中任一项所述方法制备的非极性/半极性氮化镓单晶。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112899784B (zh) * 2021-01-20 2022-06-17 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 氮化镓(11-22)单晶衬底及其制备方法
CN120082955B (zh) * 2025-04-25 2025-07-18 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 高质量氮化镓晶体、其助熔剂生长方法及应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1542992A (zh) * 1997-10-30 2004-11-03 ס�ѵ�����ҵ��ʽ���� GaN单晶衬底及其制造方法
CN103325895A (zh) * 2013-07-04 2013-09-25 江苏中谷光电股份有限公司 氮化镓单晶非极性面衬底生长氮化镓发光二极管的方法
WO2016140074A1 (ja) * 2015-03-03 2016-09-09 国立大学法人大阪大学 Ｉｉｉ族窒化物半導体結晶基板の製造方法
CN107687022A (zh) * 2016-08-04 2018-02-13 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 助熔剂法生长GaN单晶体系中促进籽晶液相外延的方法
CN208023115U (zh) * 2018-02-09 2018-10-30 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 用于助熔剂法生长氮化物单晶的承载结构及系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1542992A (zh) * 1997-10-30 2004-11-03 ס�ѵ�����ҵ��ʽ���� GaN单晶衬底及其制造方法
CN103325895A (zh) * 2013-07-04 2013-09-25 江苏中谷光电股份有限公司 氮化镓单晶非极性面衬底生长氮化镓发光二极管的方法
WO2016140074A1 (ja) * 2015-03-03 2016-09-09 国立大学法人大阪大学 Ｉｉｉ族窒化物半導体結晶基板の製造方法
CN107687022A (zh) * 2016-08-04 2018-02-13 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 助熔剂法生长GaN单晶体系中促进籽晶液相外延的方法
CN208023115U (zh) * 2018-02-09 2018-10-30 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 用于助熔剂法生长氮化物单晶的承载结构及系统

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