一种压强调控晶体生长反应釜的制作方法

本发明涉及一种用于氢化物气相外延的压强调控晶体生长反应釜。

背景技术：

氮化镓(GaN)作为最重要的Ⅲ族氮化物半导体，属于宽带隙半导体材料(～3.4eV)，在光电子器件等诸多应用领域中，厚膜GaN作为同质外延衬底将对器件性能提高起到巨大的推动作用。目前GaN晶体厚膜的研制方法，主要是金属有机化学气相沉积法(MOCVD)、氢化物气相外延法(HVPE)等，气相生长法得到的氮化镓晶体位错密度较大，而传统的制备硅(Si)、砷化镓(GaAs)单晶衬底的液相提拉法很难用于生长GaN衬底材料。为此，人们提出将钠(Na)等碱金属作为溶剂，可在比较温和的条件下液相生长GaN等氮化物晶体。在液相法生长GaN晶体中，晶体生长质量和速率将受到晶种模版表面Ga-Na溶液中氮浓度重要影响，目前有采用旋转、摇摆及搅拌等方法促进氮气与Ga源的混合，但是这些方法都无法使反应溶液整体做均一的运动，不利于获得质量均一的GaN晶体材料。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种压强调控晶体生长反应釜，通过调节压强来实现反应釜内液体镓源的可控流动。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下方案：

一种压强调控晶体生长反应釜，包括釜体，釜体内设有晶体生长室，釜体外设有加热装置，釜体内填充有液体镓源，所述釜体内还设有压强调节室，晶体生长室底面设有隔板，该隔板上设有连接孔，该晶体生长室通过连接孔与压强调节室连通，压强调节室上设有增压阀和减压阀。

所述隔板上设有朝向晶体生长室凸出的衔接管口，连接孔设置在该衔接管口侧壁。

所述衔接管口呈矩形或者弧形或者半圆形或者多边形。

所述衔接管口侧壁上设有至少一个连接孔，该连接孔为圆形、方形、椭圆形或者多边形。

所述连接孔设有至少两个，并且相邻两个连接孔的朝向相同或者相异。

所述釜体内的晶体生长室和压强调节室各设置一个或者一个以上的数量，该晶体生长室和压强调节室的数量相同或者相异。

所述釜体为圆柱形、棱柱形或矩形。

所述釜体的侧面和底面均设有加热装置。

所述加热装置为电阻加热装置、感应加热装置或射频加热装置。

本发明通过设置与晶体生长室连通的压强调节室，通过调整压强调节室的压强大小来实现釜体内的液体镓源流动地目的，保证反应釜内液体镓源可以与氮气充分混合，并避免液体表面形成薄膜，阻止反应继续发生。通过细微调整两个腔室之间压强的差异，可以有效地实现反应釜内液体镓源的可控流动，有利于加快反应速度，从而促进和提高晶体的生长质量。

附图说明

附图1为本发明实施例一的剖面结构示意图；

附图2为本发明实施例一的液体流向结构示意图；

附图3为本发明实施例二的剖面结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

实施例一

如附图1所示，一种压强调控晶体生长反应釜，包括釜体，釜体内设有晶体生长室30，釜体外设有加热装置20，釜体内填充有液体镓源50，所述釜体内还设有压强调节室31，晶体生长室30底面设有隔板，该隔板上设有连接孔40，该晶体生长室30通过连接孔40与压强调节室31连通，压强调节室31上设有增压阀10和减压阀11。液体镓源填充在晶体生长室和压强调节室中，在晶体生长室和压强调节室两个腔室的压强相同的情况下，晶体生长室和压强调节室内的液体镓源的液面位于同一水平面上。釜体为圆柱形、棱柱形或矩形。釜体的侧面和底面均设有加热装置，并且该加热装置为电阻加热装置、感应加热装置或射频加热装置，或者其他方式的加热装置。

所述隔板上设有朝向晶体生长室凸出的衔接管口，连接孔40设置在该衔接管口侧壁。衔接管口呈矩形或者弧形或者半圆形或者多边形，或者还可以为其他形状，如不规则的曲面形状。

衔接管口侧壁上设有至少一个连接孔，该连接孔为圆形、方形、椭圆形或者多边形，或者三角形，或者其他形状。连接孔的大小根据实际情况进行灵活设置。

所述连接孔设有至少两个，并且相邻两个连接孔的朝向相同或者相异。优选情况下，设置多个连接孔，并且该多个连接孔中至少包含两个朝向不同的连接孔。各连接孔可以规则地排布，也可以不规则的排布。

本实施例中设置一个压强调节室和一个晶体生长室。

在本实施例中，如附图1和2所示，初始时，压强调节室和晶体生长室的压强相同，两个腔室的液体镓源的液面位于同一水平面上。通过加热装置加热升温，并且往釜体内通气氮气加压，使釜体内达到生长条件。当达到晶体生长温度和其他的生长状态后，向压强调节室内通入氮气、惰性气体或混合气体，增加压强，则压强调节室31内压强增加，将造成该压强调节室内液体镓源50液面下降，由于液体的连通性，晶体生长反应室30内的液体镓源液面上升，同时，在连接孔40处液体镓源将以相同的速度从连接朝向晶体生长室喷射(液体镓源喷射方向如附图3箭头所示)，这种流动将造成整个液体的流动，也造成液面的波动，从而加速液体镓源与氮气互混扩散。在一定时间之后，通过减压阀降低压强调节室31内的压强，则压强调节室内31内液体镓源50表面将上升，而晶体生长反应室30内液体镓源上表面将下降，如此循环往复，将形成液体镓源的周而复始流动，从而使得氮气及时地补充到镓源溶液中，利于加快反应速度，提高晶体质量。

实施例二

本实施例中的主体结构与实施例一相同，区别仅在于：如附图3所示，设置有一个压强调节室31和两个晶体生长室30，该两个晶体生长室的结构相同，均通过底面的隔板连接孔与压强调节室连通。液体镓源和调节方式与实施例一一致，在此不再重复赘述。

当然，本发明还可以设置两个压强调节室和一个晶体生长室，或者其他数量的压强调节室和晶体生长室，在此不再一一列举。

需要说明的是，以上所述并非是对本发明的限定，在不脱离本发明的创造构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。