一种光作用的晶体生长装置的制作方法

本实用新型涉及一种晶体生长装置，具体地说是一种光作用的晶体生长装置。

背景技术：

氮化镓(GaN)由于其禁带宽度大、化学性质稳定、耐高温、迁移率高等优点，在光电与功率微波器件方面得到了广泛的应用。目前，GaN晶体的生长方法包括有机金属化学气相沉积法(MOCVD)、氢化物气相外延法(HVPE)、氨热法(Ammothermal Growth)以及钠流法(Na Flux),其中钠流法生长GaN晶体具备较好的晶体质量和较快的生长速率，成为首选的生长方法之一。在钠流法中，反应釜内的氮气，在高温高压的条件下溶解于坩埚中的Ga-Na溶液中，从而反应生长成GaN晶体。由于Ga-Na溶液中的氮浓度整体较低，且氮反应后补充的不及时，因此GaN晶体生长的速率较慢。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种光作用的晶体生长装置，依靠照射Ga-Na熔体及加速气体电离的光能量，有效地提高了GaN晶体生长速率。

为了解决上述技术问题，本实用新型采取以下技术方案：

一种光作用的晶体生长装置，包括反应釜、坩埚和加热器，坩埚设在反应釜内，加热器设在坩埚侧面，所述反应釜上设有调节阀，反应釜上设有延伸至坩埚内的光传输通道，该光传输通道与光源连接使光源发出的光线经光传输通道射入坩埚内。

所述光传输通道的下端位于坩埚内的溶液液面上方。

所述光传输通道的下端伸入坩埚内的溶液内部。

所述光传输通道下端的端面设为倾斜状、平面状或者弧形状。

所述光传输通道由实心晶体、内部充满惰性气体的空心通道或光学镜片构成。

所光源为紫外光源，并且该紫外光源设在反应釜内或者反应釜外。

所述坩埚底部装接有旋转转轴，该旋转转轴与驱动装置连接。

所述反应釜内还设有伸入坩埚内用于驱动流体流动的叶片，该叶片通过支撑杆与驱动装置连接。

所述叶片位于坩埚内溶液液面的上方或者内部。

所述反应釜上还设有进气管路，该进气管路延伸至坩埚内的溶液内部，该进气管路上设有进气加热器和进气调节阀。

本实用新型通过在反应过程中引入紫外光，所输入的光将会由于热效应导致局部升温，一方面可通过升温引起局部溶解度升高，从而更加有利于氮溶入Ga-Na溶液中，另一方面由于80nm波长以下的极紫外光激发氮分子电离，也将会加速氮与Ga-Na溶液模板中，当晶种模版置于Ga-Na熔体中，通过驱动流体流动，提高生长GaN单晶速率。

附图说明

附图1为本实用新型实施例一剖面示意图；

附图2为本实用新型实施例二剖面示意图；

附图3为本实用新型实施例三剖面示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的描述。

实施例一

如附图1所示，一种光作用的晶体生长装置，包括反应釜1、坩埚2和加热器4，坩埚2设在反应釜1内，坩埚2侧面和底面均设置加热器4，所述反应釜1上设有调节阀7，反应釜1上设有延伸至坩埚2内的光传输通道8，该光传输通道8与光源连接使光源发出的光线经光传输通道8射入坩埚2内。该光传输通道8的下端位于坩埚2内的溶液3液面上方，并且该光传输通道下端的端面设为倾斜状。坩埚2底部装接有旋转转轴9，该旋转转轴9与驱动装置连接，通过该驱动装置带动坩埚转动，坩埚的转动速度并无具体限制，可以一个固定的转速，或者是连续变化的转速转动。光源为紫外光源，可设置在反应釜1内部或者外部。

在反应釜1内还设有伸入坩埚2内用于驱动流体流动的叶片5，该叶片5通过支撑杆6与驱动装置连接，该叶片位于坩埚内溶液液面的上方，由驱动装置带动旋转或者摆动，从而使气体产生流动。

具体操作时，首先在高纯氮气环境下，按照一定的比例(或者有K、Ca等)将液体镓源3、钠(Na)等单质金属放入坩埚2中，之后将坩埚2放入反应釜1内，多次抽冲气体，反应釜1内形成高纯气体环境，之后通过加热器4将坩埚升温，同时通过调节阀7在升温过程中，增大反应釜1内压强，开启光源射出紫外光束，使光束通过光传输通道8进入坩埚内。此时，可以通过旋转转轴9旋转坩埚，开启液体液面上方的叶片5，使叶片旋转或左右摆动，产生气体流动，在到达生长温度及压强后，可进一步进行材料生长。由于光照的作用，可以使光照射的局部位置反应速率加快，同时由于空气流动，可以使局部高温的溶液迅速向其他位置流动扩散，从而局部加快了反应速度。

实施例二

如附图2所示，本实施例二的主体结构与实施例一基本相同，区别在于：本实施例二中将叶片5延伸设置在坩埚2内溶液3内部，将光传输通道8下端端面设为弧形状。直接利用叶片的旋转转动或者摆动促使溶液流动，通过溶液流动，驱动局部高温反应后溶液流动，参与到材料生长中，提高反应速度。加热器4从坩埚2的底面和侧面加热。

同样，紫外源发出紫外光束，该紫外光束通过光传输通道8进入到坩埚2内，利用旋转转轴9带动坩埚2转动，叶片5的转动带动溶液流动。通过调节阀7在升温过程中，增大反应釜1内压强。其他生长材料和条件与实施例一一致，在此不再重复赘述。

实施例三

如附图3所示，本实施例三的主体结构与实施例一的基本相同，区别在于：本实施例三中没有设置叶片，而是在反应釜1上设置进气管路13，该进气管路13延伸至坩埚2内的溶液内部，该进气管路13上设有进气加热器10和进气调节阀11。并且采用耐高温材料如蓝宝石作为高透光率物质制成光传输通道8，同时在光传输通道8的出光口设置增透膜12。将光传输通道8的下端端面设为平面状。该进气管路13的出口端可设为喷头结构，或者其他结构，而且进气管路可一根，也可以为两根或者多根。

在生长过程中，将光输入到液体镓溶液内部，同时，在反应室内加入一个通气管路5，将氮气6通入液体镓源3中，并使两者在指定位置处相遇，由于光的作用，促使氮气6电离，并对液体镓源3局部加热，在液体内部加速化学反应，并通过坩埚旋转支撑杆9的旋转，将高浓度氮气镓源饱和溶液向反应晶种靠近，参与化学反应，由此周而复始，加速材料生长。

此外，对于光光传输通道，可由实心晶体、内部充满惰性气体的空心通道或光学镜片构成，或者其他能够用于传输光的装置。加热器可为电阻加热器、红外加热器或者射频加热器，或者其他类型的加热器。也还可以采用其他转动驱动装置代替叶片装置使流体产生流动，或者小型射流装置等。光源波长范围为紫外光及远紫外所包含波段，可以为连续光，也可以为脉冲光，光源可为同步辐射光、LD、LED、全固态激光、准分子激光以及倍频等产生的紫外光，或者其他形式的紫外光，在此不再一一列举。坩埚内放置的晶种模版是蓝宝石衬底、碳化硅衬底或者硅衬底；或是衬底上沉积GaN薄膜的复合衬底；或是GaN自支撑衬底。

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