CN102644115A - 用于大规模氨热制造氮化镓晶棒的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明为用于大规模氨热制造氮化镓晶棒的装置和方法。一种操作用于生长包含氮化镓的材料的高压系统的方法。所述方法包括提供包括生长区和进料区的高压装置。高压反应器包括高压外壳并设置于第一安全壳结构内。所述方法包括操作与第一安全壳结构连接的排气系统。排气系统设置为移除源自至少0.3升氨液体的氨气。

Description

用于大规模氨热制造氮化镓晶棒的装置和方法

技术领域

本发明一般涉及晶体生长材料的处理。更具体地，本发明提供一种通过氨碱性或氨酸性方法来大规模制造含镓氮化物晶体和/或晶棒的设备和方法等。这种晶体和材料包括但不限于GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN和AlInGaN，以及用于制造块体或图案化衬底的其它材料。这种块体或图案化的衬底可用于各种应用，包括光电子器件、激光器、发光二极管、太阳能电池、光电化学水分解和氢生产、光电检测器、集成电路和晶体管以及其它器件。

背景技术

包含氮化镓的晶体材料用作制造常规光电子器件例如蓝色发光二极管和激光器的起始点。这种光电子器件通常在与沉积的氮化物层的组成不同的蓝宝石或碳化硅衬底上来制造。在常规金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法中，在气相中由氨和有机金属化合物进行GaN的沉积。虽然是成功的，但是实现的常规生长速率使得难以提供GaN材料的块体层。此外，位错密度也高并导致光电子器件性能较差。

已经提出其它方法来获得块体单晶氮化镓。这种方法包括使用采用气相的卤化物和氢化物外延沉积并称为氢化物气相处延法(HVPE)[″Growthand characterization of frees tanding GaN substrates″K.Motoku等人Journal of Crystal Growth 237-239，912(2002)]。然而HVPE方法存在不足。在一些情况下，块体单晶镓氮化物的品质通常由于位错密度、应力等问题而不足以用于高品质激光二极管。此外，作为每次一个或者每次数个的方法，如此产生的晶片倾向于昂贵并难以制造。

已经提出使用超临界氨的方法。Peters已经描述氮化铝的氨热合成[J.Crys t.Growth 104，411-418(1990)]。特别地，R.Dwilinski等人已经表明：能够通过由镓和氨合成来获得良好晶体的氮化镓，条件是后者包含碱金属氨化物(KNH₂或L1NH₂)。以下文献中描述了这些和其它方法：″AMMONO method of BN，AlN，and GaN synthesis and crystal growth″，Proc.EGW-3，Warsaw，Jun.2224，1998，MRS Internet Journal ofNitride Semiconductor Research，http://nsr.mij.mrs.org/3/25，″Crystal growth of gallium nitride in supercritical ammonia″J.W.Kolis等人，J.Cryst.Growth 222，431-434(2001)，以及J.W.Kolis等人的Mat.Res.Soc.Symp.Proc.495，367-372(1998)。然而，使用这些超临界氨处理，无法实现块体单晶镓氮化物的大规模制备。

关于其它晶体材料，石英晶体加上几种其它氧化物晶体组合物在商业上大规模制造，高效和安全操作水热处理的方法是本领域公知的。然而，操作高压氨提供了许多附加挑战，目前适合于大规模制造氮化镓晶棒的氨热处理设备的说明还未知。

由上可知，非常需要大规模氨热晶体制造的方法。

发明内容

根据本发明，提供涉及晶体生长材料处理的方法。更具体地，本发明提供一种通过氨碱性或氨酸性方法来大规模制造含镓氮化物晶体和/或晶棒的设备和方法等。这种晶体和材料包括但不限于GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN和AlInGaN，以及用于制造块体或图案化衬底的其它材料。这种块体或图案化的衬底可用于各种应用，包括光电子器件、激光器、发光二极管、太阳能电池、光电化学水分解和氢生产、光电检测器、集成电路和晶体管以及其它器件。

在一个具体的实施方案中，本发明提供用于生长包含氮化镓的材料的高压反应器系统。所述系统包括第一安全壳(primary containment)结构。所述系统还包括：包括生长区和进料区的高压装置。所述高压反应器包括高压外壳。在一个具体的实施方案中，高压装置设置于第一安全壳结构内。所述系统还具有与第一安全壳结构连接的排气系统。在一个优选实施方案中，排气系统设置为移除源自至少0.3升氨液体的氨气。

在一个具体的实施方案中，本发明提供用于生长包含氮化镓的材料的高压系统的操作方法。所述方法包括提供包括生长区和进料区的高压装置。高压反应器包括高压外壳并设置于第一安全壳结构内。所述方法包括操作与第一安全壳结构连接的排气系统。排气系统设置为移除源自至少0.3升氨液体的氨气。

使用本发明相对于之前存在的方法具有优势。特别地，本发明提供一种用于晶体例如GaN、AIN、InN、InGaN和AlInGaN等生长的高压装置的成本有效和安全的系统。在一个具体的实施方案中，本发明的方法和系统可以利用相对简单和成本有效进行制造的部件来操作。取决于实施方案，本发明的系统和方法可以使用本领域常规材料和/或方法制造。根据一个具体的实施方案，本发明的系统和方法使得能够在极端压力和温度条件下以体积大于3升、大于10升、大于30升、大于100升以及大于升300的批次进行成本有效的晶体成长和材料处理。在一个优选实施方案中，所述系统允许有毒气体例如氨等的安全包封并且包含在装置中经受高压的气体。取决于实施方案，可实现这些益处中的一种或更多种。在整个本说明书中并且特别在下文可描述这些和其它益处。

本发明在已知处理技术的范围内实现这些益处等。然而，通过参考说明书的后续部分和附图，可进一步理解本发明的性质和益处。

附图说明

图1为本发明一个实施方案的简单示意图；

图2为本发明另一个实施方案的简单示意图；和

图3为氨的简单等容线，显示压力随温度和填充百分比的变化。

具体实施方式

根据本发明，提供涉及晶体生长材料处理的方法。更具体地，本发明提供一种通过氨碱性或氨酸性方法来大规模制造含镓氮化物晶体和/或梨晶的设备和方法等。这种晶体和材料包括但不限于GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN和AlInGaN，以及用于制造块体或图案化衬底的其它材料。这种块体或图案化的衬底可用于各种应用，包括光电子器件、激光器、发光二极管、太阳能电池、光电化学水分解和氢生产、光电检测器、集成电路和晶体管以及其它器件。

在后续的讨论中，氨热晶体树脂装置描述为垂直定位的。在另一实施方案中，以水平定位或者以在垂直和水平之间的倾角定位的替代垂直定位的装置，并且可摇摆以促进高压装置内超临界流体的对流。本发明方法可与可密封容器和高压装置结合使用。代表性可应用装置的实例包括高压釜，如美国专利7,160,388以及日本专利公开JP2005289797和JP2007039321中所述，通过引用将其全部并入本文。代表性的可应用装置的其它实例包括内部加热装置，如美国专利7,101,433、7,125,453和美国专利申请61/073,687、61/087,122、12/334,418、12/133,365和12/133,364中所述，通过引用将其全部并入本文。本领域技术人员可认识到其它变化、改变和替代。

用于氮化镓晶棒大规模氨热制造的装置或设备的一部分示意性地示于图1。高压反应器110可包括：腔室或包封区102，其中材料例如氮化镓可在超临界氨中进行处理。反应器110可包括具有顶部封盖106的高压釜。反应器110可包括高强度外壳104并且可包括顶部法兰或封盖106、以及底部法兰或封盖108。反应器110可通过一个或更多个板112、柱114等机械支撑。根据一个具体的实施方案，反应器110能够包含液体或超临界氨批料，其体积大于0.3升、大于1升、大于约3升、大于4.5升、大于约10升、大于30升、大于100升、或大于300升。反应器110的外径可为4英寸～约100英寸，或为约12英寸～约48英寸。反应器110的高度可为约6英寸～约500英寸，或为约24英寸～约120英寸。还可提供液压缸116以有助于法兰、包封区(物)或高压反应器的其它部件的移动。

反应器110和辅助部件可置于凹坑120中。凹坑120可衬有钢加强的混凝土。混凝土相对于凹坑的表面的厚度为至少2英寸、至少4英寸、至少8英寸、至少12英寸、至少18英寸或至少24英寸。可选择混凝土厚度，使得在不太可能的高压反应器突发故障和破裂的情况下产生的高速碎片可部分穿入，但是不会被碎片穿孔。混凝土可被钢套包围。凹坑可基本上没有完全穿透所述厚度的开口或裂缝以使得其为气密性的。凹坑可衬有衬里或涂层。衬里或涂层可为气密性的。衬里可包括以下中的至少一种：不锈钢、钢、铁合金、镍合金、钴合金、铜合金、聚氨酯、聚乙烯、聚氯乙烯、环氧基漆、硅酮基密封剂、陶瓷砖、灰浆或瓷等。凹坑可在下部处具有排泄道以允溢出的流体可容易地移除。凹坑可具有排出泵以允许流体除去或溢出。作为针对高速碎片的附加保护，可靠近反应器110设置一片或更多片的装甲板130。装甲板可包括钢、铁合金、镍合金、钴合金、陶瓷、混凝土、凯夫拉尔(杜邦公司的商标)、陶瓷或碳纤维、复合材料或多层结构。凹坑可覆盖有可移动的第一封盖140。第一封盖140和凹坑120一起可组成用于高压反应器110的第一安全壳结构。第一封盖140可相对于凹坑构成空气密封，使得通过泄露或突然破裂释放的氨并不释放进入房间中、从而可能危害操作者。第一封盖140可装有出口管142和入口管144。在高压反应器操作期间，吹扫气体例如氮气或氩气可注入入口管144而通过出口管142排出。出口管142可装有氨传感器146以检测高压装置的泄漏，允许在可能的危险条件发展之前借助于电控制系统148的电信号而对高压反应器停止供电。氨传感器146可与报警系统连接，以在泄漏时给操作者提供警报。排气系统可包括出口管142和氨传感器146。出口管142可与氨洗涤器系统和/或空气稀释系统(未显示)连接。根据一个具体实施方案，排气系统可设置为基本上除去所有的源自至少0.3升、至少1升、至少3升、至少4.5升、至少10升、至少30升、至少100升或至少300升氨液体的氨气。凹坑120还可具有第二封盖150，作为氨泄漏时的附加保护。第二封盖150可设有排泄口152。排泄口152可与排风扇连接，其提供连续或间歇的吹扫空气流动，使得任何泄漏的氨可被夹带在吹扫空气中并在其可损害操作者之前被除去。

反应器站可还提供有升降机180或其它适合的获取装置。升降机180可从靠近建筑物或设备顶部的轨道悬垂并且可水平和垂直移动。升降机180能够在凹坑内部或上部提升一个或多个部件，所述部件包括反应器110。升降机180可水平移动来为彼此靠近设置的两个或更多个凹坑中的反应器来服务。在一个具体的实施方案中，至少四个具有反应器的凹坑按行布置并且可通过共用的升降机来服务。在其它实施方案中，至少六个、八个、十个、十五个或二十个具有反应器的凹坑按行布置或者紧靠并可通过共用的升降机服务。当然，可以有其它变化、改变和替代。

在另一实施方案中，用于氮化镓晶棒大规模氨热制造的装置或设备中的单反应器站200示意性地示于图2。高压反应器210可包括其中材料例如氮化镓可在超临界氨中进行处理的腔室或包封区202。反应器210还可包括高强度外壳204，并可包括顶部法兰或封盖206以及底部法兰或封盖208。反应器210可通过一个或更多个板212、柱214等来机械支撑。至少一个柱214可与地板螺栓连接。根据一个具体的实施方案，反应器210能够包含液体或超临界的氨批料，其体积大于0.3升、大于1升、大于3升、大于10升、大于30升、大于100升或大于300升。反应器210的外径可为4英寸～约100英寸，或约12英寸～约48英寸。反应器210的高度可为约6英寸～约500英寸，或约24英寸～约120英寸。还可提供液压缸216以有助于法兰、包封区或高压反应器的其它部件的移动。

反应器210和辅助部件可包封于保护壳240内。保护壳240可包括不锈钢、钢、铁基合金、铝、铝基合金、镍、镍基合金、聚碳酸酯、聚氨酯、乙烯、聚氯乙烯、Kevlar(杜邦公司的商标)、碳纤维、陶瓷纤维、复合材料、多层结构等。保护壳240的厚度可为约0.05英寸～约6英寸。或约0.12英寸～约2英寸。保护壳240可为气密性的或可允许一些气体泄漏。保护壳240可包括用于出入的门，可包括用于打开的铰链作为抓斗型结构，并且可包括至少一个紧固件，用于将两个或更多个部件例如终端板固定在一起。保护壳240和地板(反应器210可固定于此)一起可用作第一安全壳结构。作为针对高速碎片的附加保护，靠近反应器210可放置装一片或更多片的装甲板230。装甲板可包括钢、铁合金、镍合金、钴合金、陶瓷、混凝土、陶瓷或碳纤维、复合材料或多层结构。保护壳240可设置有出口管242和入口管244。在高压反应器操作期间，吹扫气体例如氮气或氩气可注入入口管244并通过出口管242排出。在反应器210操作期间，保护壳240可保持压力低于环境压力，使得氨泄漏不从保护壳240逸出或者危及操作者。出口管242可设置有氨传感器246以检测高压装置的泄漏，允许在可能的危险条件发展之前借助于电控制系统248的电信号而对高压反应器停止供电。出口管242可与氨洗涤器系统和/或空气稀释系统(未显示)连接。

氨传感器246可与报警系统连接，以在泄漏时给操作者提供警报。排气系统可包括出口管242和氨传感器246。根据一个具体实施方案，排气系统可设置为基本上除去所有的源自至少0.3升、至少1升、至少3升、至少4.5升、至少10升、至少30升、至少100升或至少300升氨液体的氨气。反应器站200可还具有第二壳250，作为氨泄漏时的附加保护。第二壳250可设有排气口252。排泄出口252可与排风扇连接，其提供连续或间歇的吹扫空气流动，使得任何泄漏的氨可被夹带在吹扫空气中和在其可损害操作者之前被除去。在一个具体的实施方案中，排泄设置为除去任何有毒气体例如氨至对于操作者暴露预定24小时时间、几个小时、1小时或几分钟内安全的水平，这取决于实施方案。当然，可以有其它变化、改变和替代。

反应器站200可还提供有升降机280。升降机280可从靠近建筑物或设备或保护壳240的顶部的轨道悬垂并且可水平和垂直移动。升降机280可能够提升一个或更多个反应器站部件，包括反应器210。升降机280可水平移动来为两个或更多个反应器站服务。在一个具体的实施方案中，至少四个反应器站按行布置并且可通过共用的升降机服务。在其它实施方案中，至少六个、八个、十个、十五个或二十个反应器站按行布置或者紧靠并可通过共用的升降机来服务。

大规模氨热处理或晶体生长的工艺要求可由氨状态方程估计[参见：URL http://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/]。由NationalInstitute for Standards and Technology列表的数据可能没有延伸至期望条件的高温度和压力，但是可通过NIST列出的数据的多项式拟合随后进行外推来估计。列出的数据假定没有氨的解离。然而，在氨热处理条件下，可发生一些氨解离(分解)为氮气和氢：

1/2N₂+3/2H₂＝NH₃

氨形成反应(其逆反应为分解)平衡常数K_eq可由形成自由能ΔG₀来计算，形成自由能ΔG₀由例如Barin，Thermochemical Data of PureSubstances，3^rd edition(VCH，Weinheim，1993)列出的热力学数据来计算。假定达到平衡，氨、氢和氮的分压可通过假定各组分α的分压p_α近似等于它们的逸度f_α和等于它们各自的摩尔分数乘以未解离的氨初始压力来估计。

$K_{\mathrm{eq}}=\exp [-{\mathrm{\ΔG}}_0/\mathrm{RT}]=f_{{\mathrm{NH}}_3}/\left({f_{N_2}}^{1/2}{f_{H_2}}^{3/2}\right)\≈p_{{\mathrm{NH}}_3}/\left({p_{N_2}}^{1/2}{p_{H_2}}^{3/2}\right)$

其中R为气体常数，T为开氏温度。作出这些近似，不同的填充百分比的总压力随温度的变化示于图3。已知这些假定过高估价氨分解和因此压力的程度。估计压力随着温度和氨填充百分比的变化示于图3。填充百分比如下计算：初始加入的氨的重量除以高压装置内的有用体积，除以在室温下的液体氨密度，0.6克/立方厘米，并表示为百分比。

作为第一实例，高压反应器的内部工作直径为3.5英寸，内部高度为30英寸，对应于内体积为约4.7升。约80％的自由内体积充有液氨，密封反应器并然后加热反应器。反应器在500摄氏度下操作。参考图3，压力估计为约3829大气压。因为已知如上所述的理想气体假定过高估计氨分解程度，所以这是保守估计(即过高估计)。高压设备例如高压釜或内热压力装置应能够以符合地方法律和安全考虑的工程安全系数在选择工艺温度和填充百分比下支持工艺压力达多个月的时间。

高压反应器设计为使得在正常操作期间不发生泄漏及其它类型的故障。然而，鉴于与各种潜在故障相关的危险，可提供外壳、通风及其它类型的安全保护来在即使不太可能的故障情况下为在氨热处理设备的操作者及其它人员提供安全的环境。最严重类型的故障是反应器的突然破裂或泄漏，产生氨的突然释放和可能的与反应器部分破裂相关的高速碎片。

为了适合地评价和定量包封的适合的水平，可计算在操作条件下在反应器中储存的能量，通常称为爆炸能。通常，在超临界氨中储存的能量显著超过反应器中储存的机械能，因此后者可被安全地忽视。如下所述的许多公式和估计得自ME Design Safety Standards Manual，″Personnel andEquipment Shields，″Chapter 4.1，修正日期1994年9月，LawrenceLivermore National Laboratory，通过引用将其全部并入本文。

与氨的突然释放相关的爆炸能E_blast可保守地通过下式估计

E_blast＝(P₀-P_amb)V₀/(γ-1)，

其中P₀为工作压力，P_amb为环境压力，V₀为反应器的内体积，γ＝Cp/CV为工作氨流体的热容比。因为假定流体为理想气体并且不考虑氨在突然释放时的氨冷凝，所以该式是保守的，这在事实上可产生几乎等熵的(绝热的)膨胀。在选择的操作条件下，氨的热容比为约1.3，并且代入上列的值，爆炸能保守地估计为约60300升-大气压或约6100kJ，相当于等于约1.3kg的TNT(三硝基甲苯)。

容纳反应器的凹坑或第一容器内产生的峰值过压可由以下估计：

P_pov[kPa]＝6×2225(E_blast/V_v)^0.72

其中E_blast以千克TNT的当量重量的单位给出，V_v是单位为立方米的凹坑或第一容器的体积。反应器置于内径为5英尺和深度为10英尺的凹坑中，其体积为约5.6立方米。约1.3kg当量TNT的爆炸能在凹坑中产生约20.6大气压的峰值过压。凹坑的壁、凹坑的主封盖以及将组合件保持在一起的紧固件应能够经受该量级的压力至少简短时间。排气系统应设置为除去氨和可能的其它有毒气体，而不使任何操作者暴露于不安全条件。通过第一安全壳系统的体积对排气系统的传导率的比例，可确定伴随突然释放的压力爆发的衰减时间。通过设置排气系统为具有大的传导率例如通过提供大直径的出口管，可实现过压的迅速衰减。通过经由入口管提供惰性气体例如氮气或氩的稳定吹扫，可促进残留的氨和可能的其它有毒气体的除去。

在不太可能的高压反应器破裂情况下的严重泄漏期间，可产生一个或更多个碎片。通过假定全部爆炸能的一半转变为碎片的动能，可保守地估计碎片的速度。为了最大安全，可设置屏蔽或装甲以包含碎片和避免使反应器的操作者暴露于高速碎片的风险。

高压反应器可具有大直径螺钉，其剪力可为在不太可能的突发故障的情况下产生高速碎片的最可能的情况。螺钉末端可重约0.9千克和具有约0.0022平方米的朝外的横截面积。假定50％的爆炸能转变为螺钉碎片的动能，则螺钉碎片的速度可估计为约2600米/秒。利用用于预计抛射体穿入装甲的不同公式，安全地包含该碎片所需的钢的厚度可估计为约2英寸～约10英寸。

在第二实例中，利用80％填充的液氨操作高压反应器，但是温度升高至800摄氏温。参考图3，压力保守地估计为7411大气压。使用如上所述的同一等式，爆炸能保守地估计为约14200kJ，相当于等于约3.1kg的TNT。在相同的凹坑中，在爆炸期间可产生的峰值过压可估计为约90大气压力。假定50％的爆炸能转变为螺钉碎片的动能，则螺钉碎片的速度可估计为约4000米/秒。使用预计抛射体穿入装甲的不同公式，安全包含该碎片所需的钢的厚度可估计为约2英寸～约16英寸。

所述生产设备可还设置有许多附加设备，用于制备块体晶体生长的小室、利用氨填充它们、密封、将所述小室从高压反应器移出、从所述小室移出氨、再循环所述氨、从所述小室移出氮化镓晶棒，以及由氮化镓晶棒制备氮化镓晶片。

可提供手套箱用于处理原材料、将原材料装入包封中、以及焊接包封。可提供焊接设备用于焊接包封。焊接设备可包括弧焊电源和焊枪。可提供氨源。氨源可包括气态氨源或液态氨源。在一个优选实施方案中，氨源能够对压力为至少约7大气压力的包封、高压釜或高压反应器提供氨。还可提供密封设备。密封设备可包括用于将填充管密封在包封物上的超声管密封物。还可提供设备来捕获和再循环氨，例如共同转让的2008年8月7日提交的美国专利申请61/087,122中所述的那样，通过引用将其全部并入本文。

虽然以上为具体实施方案的完全描述，但是可使用不同的修改、改变结构和替代。因此，上述描述和说明不应认为是对本发明范围的限制，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (36)

1.一种用于生长包含氮化镓的材料的高压反应器系统，所述系统包括：

第一安全壳结构；

包括生长区和进料区的高压装置，所述高压反应器包括高强度外壳，所述高压装置设置于所述第一安全壳结构内；

与所述第一安全壳结构连接的排气系统，所述排气系统设置为移除源自至少0.3升氨液体的氨气。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括与所述高压装置连接的入口。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述高压装置为高压釜。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述高压装置为内部加热的高压装置。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一安全壳结构与外部区域基本上密封。

6.根据权利要求1所述的系统，还包括：设置在所述第一安全壳结构的一个或更多个空间区域内的一个或更多个传感器，所述一个或更多个传感器与报警系统连接。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或更多个传感器与电控制系统连接。

8.根据权利要求1所述的系统，还包括：基本上包封所述第一安全壳结构的第二安全壳结构。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一安全壳结构设置在土工结构内，所述土工结构包括在地面的一部分上提供的泥土。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一安全壳结构包括金属材料。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一安全壳结构包括混凝土材料。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述排气系统设置为移除基本上全部源自至少4.5升氨液体的氨气。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述高压装置相对于重力垂直定位。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述高压装置水平定位。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述高压装置具有在水平定位和垂直定位之间的斜角。

16.根据权利要求1所述的系统，其中所述高压装置包括内部加热元件。

17.根据权利要求1所述的系统，其中所述高压装置包括外部加热装置。

18.根据权利要求1所述的系统，其中所述高压装置设置为保持一定体积的氨液体。

19.根据权利要求18所述的系统，其中所述体积大于约0.3升、大于约1升、大于约3升、大于约10升、大于约30升、大于约100升或大于约300升。

20.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一安全壳结构设置为基本上或部分地在土工结构的一部分的内部的空间区域内。

21.根据权利要求20所述的系统，其中所述土工结构包括凹坑。

22.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一安全壳结构包括钢加强的混凝土。

23.根据权利要求22所述的系统，其中所述钢加强的混凝土具有至少2英寸、至少4英寸、至少8英寸、至少12英寸、至少18英寸或至少24英寸的混凝土厚度。

24.根据权利要求22所述的系统，其中所述钢加强的混凝土包括包围所述混凝土的钢套。

25.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一安全壳结构包括衬里，所述衬里由至少选自以下的材料制成：不锈钢、钢、铁合金、镍合金、钴合金、铜合金、聚氨酯、Kevlar、聚乙烯、聚氯乙烯、环氧基漆、硅酮基密封剂、陶瓷砖、灰浆或瓷。

26.根据权利要求1所述的系统，还包括：与所述第一安全壳结构连接的排泄区。

27.根据权利要求1所述的系统，还包括：与所述排泄区连接的泵。

28.根据权利要求1所述的系统，还包括：与所述第一安全壳结构连接的吹扫管线。

29.根据权利要求1所述的系统，还包括与所述高压装置可操作地连接的升降机。

30.根据权利要求1所述的系统，其中所述高压装置与所述安全壳结构的一个或更多个部分基本连接。

31.根据权利要求1所述的系统，还包括设置为包封所述高压装置的保护壳，所述保护壳由至少选自以下的材料制成：不锈钢、钢、铁基合金、铝、铝基合金、镍、镍基合金、Kevlar、聚碳酸酯、聚氨酯、聚乙烯、聚氯乙烯、碳纤维、陶瓷纤维、复合材料或多层结构。

32.根据权利要求1所述的系统，还包括：设置于所述高压装置的外部区域附近的一片或更多片装甲板。

33.根据权利要求1所述的系统，其中所述排气系统设置为移除氨气至一定水平，在该水平下操作者暴露的期间小于二十四小时是安全的。

34.根据权利要求1所述的系统，其中所述高压装置为至少四个高压装置中的之一。

35.根据权利要求1所述的系统，其中所述高压装置为至少十个高压装置中的之一。

36.一种操作用于生长包含氮化镓的材料的高压系统的方法，所述方法包括：

提供包括生长区和进料区的高压装置，所述高压反应器包括高压外壳，所述高压装置设置于第一安全壳结构内；和

操作与所述第一安全壳结构连接的排气系统，所述排气系统设置为移除源自至少0.3升氨液体的氨气。

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