一种光调制局部加强的晶体生长装置的制作方法

本发明涉及晶体生长技术领域，特别是涉及一种光调制局部加强的晶体生长装置。

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(ammothermalgrowth)以及钠流法(naflux)，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。目前采用钠流法的高压釜中需要通入氮气，高压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，从而籽晶处可进行反应生长成gan晶体，同时高压釜内可通过引入光作用来促进氮气的电解，加快氮溶解于反应溶液中，提高gan晶体生长速率，但上述结构的晶体生长装置在gan晶体生长过程中，整个籽晶都处于一个恒定状态，无法根据晶体材料生长状态进行局部温度调整，因而无法调节籽晶的局部生长速率。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种光调制局部加强的晶体生长装置，其对局部进行光强和温度调整，可有效地局部增强或减弱晶体生长速率。

为解决上述目的，本发明采用的如下技术方案。

一种光调制局部加强的晶体生长装置，包括反应釜、激光光源、设置在反应釜内的坩埚、装载在坩埚内反应溶液以及浸在反应溶液内的籽晶，反应釜设有入射窗口，激光光源发出的光束通过入射窗口射入坩埚内，还包括光束整型元器件，光束整型元器件设于入射窗口与籽晶之间，通过光束整型元器件可将光束汇聚在籽晶的局部位置或通过光束整型元器件可减弱籽晶局部位置的光束。

优选地，还包括开腔籽晶夹具，籽晶装设于开腔籽晶夹具、且开腔籽晶夹具可悬浮于反应溶液内。

优选地，光束整型元器件装设于开腔籽晶夹具内、且光束整型元器件位于籽晶上方。

优选地，开腔籽晶夹具主要由轻质材料制成，该轻质材料可为sic或薄壁石英。

优选地，光束整型器件设有至少一个光学镜片，该光学镜片排列有若干个微结构，该微结构可设置为光学透镜或滤光片以增强或减弱籽晶局部位置的光束。

优选地，激光光源发出的光束可保持固定不动或在反应釜腔体内做扫描运动，该扫描运动可为周期运动扫描或无规则运动扫描。

优选地，激光光源可为同步辐射光源、ld光源、led光源或倍频光源的一种或多种，激光光源发出光束的光强度可恒定不变或可调节。

优选地，激光光源发出紫外光或红外光、且激光光源发出的光束可为连续光或脉冲光。

优选地，还包括加热装置，加热装置可加热坩埚内的反应溶液以达到所需的晶体生长温度，加热装置设置为电磁感应加热装置、热传导加热装置或射频加热装置的一种或多种，反应釜设有用于通入气体及调整压强的进气口和出气口。

优选地，籽晶可以为蓝宝石衬底或碳化硅衬底的一种或多种，光束整型器件可为凸透镜或棱镜的一种或多种。

本发明的有益效果如下：

与现有技术相比，本发明增设有光束整型元器件，激光光源发出的光束通过入射窗口射入坩埚内，光束整型元器件可汇聚或减弱光束，光束通过光束整型元器件后在籽晶背面形成明暗区域，从而实现籽晶局部位置的光强度和温度调整，有效局部地增强或减弱晶体生长速率，实际应用过程中，当光束整型元器件是将光束在籽晶背面局部点汇聚时，在高光照作用下，光强度大的局部区域温度逐渐升高，有效地局部增强晶体生长速率，而当光束整型元器件是减弱光束时，光强度小的局部区域温度低于光强度大的局部区域温度，相对地局部减弱晶体生长速率。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的剖视结构示意图；

图2为本发明的一个实施例的光束整型元器件的结构示意图。

附图标记说明：1.反应釜、2.进气口、3.出气口、4.加热装置、5.坩埚、6.反应溶液、7.籽晶、8.开腔籽晶夹具、9.激光光源、10.入射窗口、11.光束整型元器件、110.微结构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明。

参考图1至图2，一种光调制局部加强的晶体生长装置，包括反应釜1、激光光源9、设置在反应釜1内的坩埚5、装载在坩埚5内反应溶液6、浸在反应溶液6内的籽晶7以及光束整型元器件11，反应釜1设有入射窗口10，激光光源9发出的光束通过入射窗口10射入坩埚5内，光束整型元器件11设于入射窗口10与籽晶7之间，通过光束整型元器件11可将光束汇聚在籽晶7的局部位置或通过光束整型元器件11可减弱籽晶7局部位置的光束，与现有技术相比，本实施例增设有光束整型元器件11，激光光源9发出的光束通过入射窗口10射入坩埚5内，光束整型元器件11可汇聚或减弱光束，光束通过光束整型元器件11后在籽晶7背面形成明暗区域，从而实现籽晶7局部位置的光强度和温度调整，有效局部地增强或减弱晶体生长速率，实际应用过程中，当光束整型元器件11是将光束在籽晶7背面局部点汇聚时，在高光照作用下，光强度大的局部区域温度逐渐升高，有效地局部增强晶体生长速率，而当光束整型元器件11是减弱光束时，光强度小的局部区域温度低于光强度大的局部区域温度，相对地局部减弱晶体生长速率。

在本实施例中，光束整型器件将光束在籽晶7背面局部点汇聚，参照图2，光束整型器件采用一个完整的光学镜片，该光学镜片排列有若干个微结构110，该微结构110可设置为光学透镜，光束通过该光学透镜后局部点汇聚在籽晶7背面，可局部改变晶体材料生长速率，在其他优选的实施中，该微结构110还可设置为滤光片，减弱籽晶7局部位置的光束，从而局部改变样品材料生长速率，在其他优选的实施例中，光束整型器件还可为凸透镜或棱镜的一种或多种，能够汇聚光束以局部改变样品材料生长速率，在此不再赘述。

图1示出，本实施例还包括开腔籽晶夹具8，籽晶7装设于开腔籽晶夹具8、且开腔籽晶夹具8可悬浮于反应溶液6内，光束整型元器件11装设于开腔籽晶夹具8内、且光束整型元器件11位于籽晶7上方，开腔籽晶夹具8主要由轻质材料制成，该轻质材料可为sic或薄壁石英，本实施例的籽晶7可以为蓝宝石衬底或碳化硅衬底的一种或多种，本实施例的反应溶液6为液体镓源，在浮力作用下，开腔籽晶夹具8悬浮在液体镓源内部的一定深度处，籽晶7同样悬浮在液体镓源内，晶体材料开始生长，激光光源9从入射窗口10射入坩埚5内，经由光束整型器件的光束在籽晶7背面局部点汇聚，从而可局部改变样品的材料生长速率。

本实施例的激光光源9发出紫外光、且激光光源9发出的光束为连续光，但不限于此，在其他优选的实施例中激光光源9发出为红外光、且激光光源9发出的光束为脉冲光，加速晶体生长效率，本实施例中的激光光源9发出的光束可保持固定不动或在反应釜1腔体内做扫描运动，该扫描运动可为周期运动扫描或无规则运动扫描，激光光源9可为同步辐射光源、ld光源、led光源或倍频光源的一种或多种，激光光源9发出光束的光强度可恒定不变或可调节，可根据需求进行选择，以按照规定的要求照射在籽晶7背面。

图1示出，本实施例还包括三组加热装置4，三组加热装置分别位于坩埚两侧和坩埚底部，加热装置4可加热坩埚5内的反应溶液6以达到所需的晶体生长温度，加热装置4设置为电磁感应加热装置4、热传导加热装置4或射频加热装置4，反应釜1设有用于通入气体及调整压强的进气口2和出气口3，如此，通过加热装置4、进气口2和出气口3，使反应釜1腔体内压强与温度都达到生长所需条件。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。