CN103603049B - 一种多片式氮化物单晶体材料生长装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种能批量生产氮化物单晶体材料的液相外延的多片式氮化物单晶体材料生长装置及方法，其通过设计包括一种搅拌装置的反应釜，该搅拌装置以一定速度旋转而不断吸取溶液，然后在惯性力作用下，溶液加速到一定程度之后水平远离它的旋转中心，形成流动循环，提高溶液的N溶解速度与溶解均匀性，有利于多片晶体生长的一致性及生长速度的提高。同时，通过设计一个用于调节N溶解浓度的预生长室，调控晶体生长的N浓度条件，然后，通过生长室溶液与预生长溶液的循环，使生长室内溶液的N浓度保持一致，从而为高质量多片式氮化物晶体生长提供源源不断的过饱和溶液，充分利用了原材料，提高晶体质量又降低了生产成本。

Description

一种多片式氮化物单晶体材料生长装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，特别涉及一种关于通过液体搅拌提高溶液溶解速度及溶解浓度均匀性的液相外延的多片式氮化物单晶体材料生长装置及方法。

背景技术

作为第三代宽禁带半导体材料，GaN具有的宽带系、高热导率等良好性能，在高温、高频、高功率电子器件方面有着巨大的应用潜力。而作为其单晶体材料生长方法之一的钠流法（NaFlux），由于其生长条件适中（700~1000℃，4~5MPa），晶体位错密度较小（~10⁴cm^-2），是目前制备GaN单晶体材料的最佳途径。目前，NaFlux生长GaN材料已取得了一定的进展，得到了直径大于2英寸、厚度大于2cm的GaN单晶体材料。但是，NaFlux法生长GaN单晶体材料的速度较低（~20μm/h），降低其制备成本的关键之一是实现同一炉多片生长。影响多片生长的晶体片内及片间厚度与晶体质量均匀性的关键是Ga-Na溶液中N的溶解速度及其分布均匀性。加入C、Ca和Li等微量元素，能提高N的溶解度，有效抑制气液界面处GaN多晶的形成，但是很容易出现从液面至液体内部的N溶解浓度梯度。搅拌是通过外力驱动溶液循环运动提高溶液均匀性的最直接的方式。传统的搅拌装置，如螺旋式、涡轮式、浆式等，都是通过叶片式旋转驱动液体的循环流动，对溶液扰动大，同时存在气液界面处气泡卷入、叶片与溶液间的刮蹭摩擦致使杂质引入到溶液中等问题。通过温度梯度驱动溶液的热对流，驱使溶液从下至上的循环运动的方法，能有效提高溶液中N的溶解均匀性，但是，不同温场下晶体的生长速度与质量都不同，很难实现同一炉多片晶体的同一性生长。而通过旋转反应釜或二维摇摆反应釜设备，对整个反应体系扰动较大，干扰液相外延所需要的近平衡条件而影响晶体的生长。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种多片式氮化物单晶体材料生长的装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种多片式氮化物单晶体材料生长装置，为单腔室多片式氮化物单晶体材料生长装置，包括单腔室反应室和搅拌装置，所述搅拌装置置于该单腔室反应室中，所述单腔室反应室中还包括原材料生长溶液、从液面通入到单腔室反应室中的氮气和用于氮化物单晶体材料生长的衬底。

上述技术方案中，所述衬底是蓝宝石衬底、碳化硅衬底或者硅衬底，或是衬底上沉积氮化物薄膜的复合衬底，或是氮化物自支撑衬底；所述衬底可以是水平放置或者是垂直放置；所述衬底至少设有一片。

上述技术方案中，所述搅拌装置包括搅拌器、转轴与电机，所述转轴的两端分别与搅拌器和电机相连；所述搅拌器包括侧面通孔、实心区和下底面通孔，所述侧面通孔至少有三个，可以是一圈排列，也可以是多圈排列；所述侧面通孔与下底面通孔连通，下底面通孔至少有一个。

一种多片式氮化物单晶体材料生长装置，为多腔室多片式氮化物单晶体材料生长装置，包括预生长反应室和晶体生长室以及所述搅拌装置，所述搅拌装置设于该预生长反应室中，原材料溶液置于所述预生长反应室中，氮气通过管道输运到所述预生长反应室中，衬底置于所述晶体生长反应室内，氮气通过管道输运到所述预生长反应室中，所述原材料溶液通过阀门与管道注入到所述晶体生长反应室内并形成晶体生长所需要的生长溶液，而所述晶体生长反应室内的生长溶液通过阀门与管道回流到所述预生长反应室，通过驱动液体流动的动力装置调控溶液的循环。

上述技术方案中，所述多腔室多片式氮化物单晶体材料生长装置至少包括一个预生长反应室与一个晶体生长反应室，所述预生长反应室与晶体生长反应室之间至少两条连接通道，且其中一条通道配备驱动液体流动的所述动力装置。

上述技术方案中，所述衬底是蓝宝石衬底、碳化硅衬底或者硅衬底，或是衬底上沉积氮化物薄膜的复合衬底，或是氮化物自支撑衬底；所述衬底是水平放置或者是垂直放置；所述衬底至少设有一片。

上述技术方案中，所述搅拌装置包括搅拌器、转轴与电机，所述转轴的两端分别与搅拌器和电机相连；所述搅拌器包括侧面通孔、实心区和下底面通孔；所述侧面通孔至少有三个，或是一圈排列，或是多圈排列；所述侧面通孔与下底面通孔连通，下底面通孔至少有一个。

一种利用单腔室多片式氮化物单晶体材料生长装置的多片式氮化物单晶体材料生长方法，包括以下步骤：

A．设置一个搅拌装置，搅拌装置中的搅拌器浸没在原材料生长溶液中，衬底置于单腔室反应室的底部或四周，氮气通入到单腔室反应室中在原材料生长溶液的表面解离吸附溶解而形成含N溶液；

B．搅拌器在电机的驱动下以转轴为对称轴旋转，处于搅拌器下面的生长溶液在负压的作用下通过下底面通孔被吸收到搅拌器内，然后在搅拌器内被旋转加速，最后在离心力作用下通过侧面通孔离开搅拌器，回到单腔室反应室中；

C．当含N溶液中N的溶解浓度达到生长所需阈值时开始在衬底上生长晶体。

一种利用多腔室多片式氮化物单晶体材料生长装置的多片式氮化物单晶体材料生长方法，包括以下步骤：

A．设置预生长反应室和晶体生长反应室，原材料溶液放置在预生长反应室内，搅拌装置中的搅拌器浸没在原材料溶液中，衬底置于晶体生长反应室中，氮气通入到预生长反应室中原材料溶液表面解离吸附溶解而形成含N溶液；

B．搅拌器在电机的驱动下以转轴为中心轴旋转，处于搅拌器下面的原材料溶液在负压的作用下通过底部通孔被吸收到搅拌器内，然后在搅拌器内被旋转加速，最后在离心力作用下通过侧面通孔离开搅拌器，回到预生长反应室中；

C．处于稳定过饱和状态的原材料溶液作为生长溶液进入到晶体生长反应室开始晶体生长；

D．被消耗N的用于生长晶体的生长溶液回流到预生长反应室，通过搅拌重新溶解补充N，达到稳定过饱和状态后再次进入到晶体生长反应室，补充晶体生长所需的材料。

上述技术方案中，所述处于稳定过饱和状态的原材料溶液的流动过程为：打开阀门，原材料溶液通过管道注入到晶体生长反应室中，并作为晶体生长反应室中供晶体生长的生长溶液；生长一段时间后，晶体生长反应室中的生长溶液中的N被消耗，其浓度低于单晶生长阈值时，打开动力装置、阀门，N不足的生长溶液被抽回到预生长反应室中，通过搅拌补充N后，在所述动力装置的作用下，再次注入到晶体生长反应室中；晶体生长完成后，关闭阀门，同时加大动力装置的抽力，使晶体生长反应室中的生长溶液回流到晶体预生长反应室，切断氮化物单晶体材料与生长溶液的接触。

本发明的有益效果是：

1、采用新型的搅拌装置，并通过虹吸原理促进溶液的循环，提高了N在原材料溶液或者原材料生长溶液中的溶解速度，并能有效保证溶液中N溶解浓度的均匀性，保证多片氮化物单晶体材料生长的晶体质量与厚度尺寸的一致性；

2、设置预生长反应室与晶体生长反应室的分离，能有效保障含N溶液溶解浓度的过饱和条件，从而提高晶体生长质量；

3、通过设置溶液在预生长反应室与晶体生长反应室间的循环，使晶体生长反应室内溶液N浓度保持恒定，提高晶体生长的平均速率，进一步改善晶体质量；

4、晶体生长完成后，通过加大驱动液体流动的装置的抽力，促使溶液回流进入预生长反应室，能有效抑制因为降温而引起的多晶或多相氮化物生成，实现高质量氮化物单晶体材料的批量生产。

附图说明

图1是本发明的搅拌器与转轴的连接结构示意图；

图2是本发明的搅拌器与转轴的连接截面示意图；

图3是本发明的一种单腔室多片式氮化物单晶体材料生长装置示意图；

图4是本发明的一种多腔室多片式氮化物单晶体材料生长装置示意图。

图5是本发明的另一种多腔室多片式氮化物单晶体材料生长装置示意图。

附图标记说明：

1、搅拌器；11、转轴；12、侧面通孔；13、实心区；14、下底面通孔；2、原材料生长溶液；3、单腔室反应室；4、氮气；5、晶种模板衬底；6、电机；21、原材料溶液；22、生长溶液；31、预生长反应室；32、晶体生长反应室；7、驱动泵；81、阀门（预生长反应室溶液流向晶体生长反应室）；82、阀门（晶体生长反应室溶液流向预生长反应室）；91、管道（预生长反应室溶液流向晶体生长反应室）；92、管道（晶体生长反应室溶液流向预生长反应室）。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意图的方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明要使用到的搅拌装置包括搅拌器1、转轴11和电机6，该转轴11作为传动件，其两端分别与搅拌器1和电机6相连接，电机6驱动转轴11旋转，转轴11带动搅拌器1旋转进行搅拌。

如图1、2所示，搅拌器1包括侧面通孔12、实心区13和下底面通孔14，侧面通孔12与下底面通孔14连通，。搅拌器1主体为一个类似陀螺的物体，也可以是半球形或者半椭球形。其中，“陀螺”的下底面的下底面通孔14处于其底面中心，该下底面通孔14至少有一个，侧面有三个或以上的侧面通孔12，整个“陀螺”以转轴11为中心轴，下底面通孔14与侧面通孔12的连通方式为下底面通孔14向上垂直延伸而对应的侧面通孔12向中心水平延伸，直至交汇于中心一点。

优选的，该至少三个的侧面通孔12可以是一圈排列，也可以是多圈排列。

相对于传统的氮化物单晶体材料的反应釜装置，本发明引入了一个搅拌装置，能通过调节旋转条件、压强和温度等来灵活控制腔室的生长条件，为籽晶生长表面提供源源不断的充足N源。本发明还通过将单腔室反应室分离成一个预生长反应室31和一个晶体生长反应室32，使GaN单晶体材料能在预生长反应室31中更加稳定的状态下生长。在预生长反应室31内通过搅拌装置搅拌原材料，得到含N充足且均匀的溶液；然后使搅拌混合好的溶液向晶体生长反应室32输送，到达籽晶表面；最后，利用连通器的原理，使经过供晶体生长、N被消耗了的溶液再回流到预生长反应室31，通过搅拌重新溶解N，作为新的合格生长源继续使用。如此循环，在提供了源源不断的合格生长源的同时，又抑制了GaN多晶的形成，充分利用了原材料，提高了晶体质量又降低了成本。另外，由于向晶体生长反应室32输送的含N充足的溶液是很均匀的，这为一次多片生长提供了充分条件。

下面结合图1至图5，详细给出多片式氮化物单晶体材料的生长装置及方法。

实施例一：

如图2所示，一种单腔室多片式氮化物单晶体材料生长装置及方法，其核心装置包括一个搅拌器1、驱动该搅拌器1旋转的电机6和用于多片晶体生长的单腔室反应室3。把六片氮化镓晶种模板衬底5放入单腔室反应室3中作为氮化镓体材料生长的晶种，其中两片置于单腔室反应室3底部并平放，另四片沿着单腔室反应室3侧壁并竖直放置，然后将金属镓、催化剂等原材料放进单腔室反应室3中，加热单腔室反应室3加热装置未标出，通入氮气4，将搅拌器1浸没在原材料生长溶液2中，启动电机6开始运行搅拌。晶体生长完成后，停止搅拌，降温取出生长后的氮化镓单晶体材料。这种设计在新型搅拌器1的作用下，位于搅拌器下面的原材料生长溶液2依次经过下底面通孔14、侧面通孔12到达单腔室反应室3的上部分，如此循环，使原材料生长溶液2中的N溶解分布均匀，保证多片生长的晶体片内及其片间厚度与晶体质量均匀性。这种设计不但有效提高了N的溶解速度，提高晶体生长速度与质量，同时，可提供整个腔室溶液中N溶解浓度的均匀性，保证多片生长氮化镓单晶体材料的晶体质量与生长厚度的同一性。

实施例二：

如图4所示，一种多腔室多片式氮化物单晶体材料生长装置及方法，其核心装置包括一个搅拌器1、驱动该搅拌器1旋转的电机6、用于多片晶体生长的预生长反应室31和晶体生长反应室32，预生长反应室31和晶体生长反应室32通过管道91和管道92连通。把六片氮化镓晶种模板衬底5竖直放入晶体生长反应室32中作为氮化镓体材料生长的晶种，将金属镓、催化剂等原材料放进多腔室预生长反应室31中，此时阀门81与阀门82关闭。加热多腔室预生长反应室31与晶体生长反应室32加热装置未标出，持续通入氮气4，将搅拌器1浸没在原材料溶液21中，启动电机6开始运行搅拌。当原材料溶液21的N溶解度达到晶体生长所需的过饱和条件时，打开阀门81，使原材料溶液21通过管道91开始注入晶体生长反应室32中作为晶体生长的生长溶液22，并该生长溶液22完全淹没晶种模板衬底5，此时由于N溶解速度快、分布均匀且其他条件适宜温度、压强等，氮化物单晶开始在晶种模板衬底5成核生长。晶体生长一段时间后，当晶体生长溶液22中的N被消耗一部分后，打开驱动泵7，慢慢打开晶体生长反应室32溶液流向预生长室的阀门82，经过消耗后的晶体生长反应室32中的生长溶液22经过管道92回流到预生长反应室31中，重新搅拌溶解N，混合均匀再输送到晶体生长反应室32中继续作为供晶体生长的生长溶液22。如此循环，使被消耗掉N的溶液不适合高质量单晶生长的溶液回到预生长反应室31，重新补充N，从而使晶体生长反应室32中溶液N浓度保持不变，保证了晶体生长的质量。晶体生长完成后，停止搅拌，关闭阀门81，通过驱动泵7将晶体的生长溶液22从管道92抽回到预生长反应室31中，切断生长氮化物表面与反应所需要生长溶液22的接触，避免降温过程中由于N溶解浓度降低而引起的多晶或多相的产生，从而提高产物的质量。这种设计在该搅拌器1的作用下，不但有效提高了N的溶解速度，提高晶体生长速度与质量，同时，可提供整个预生长反应室31的原材料溶液21中N溶解浓度的均匀性，保证多片生长氮化镓单晶体材料的晶体质量与生长厚度的同一性。另外，这种设计突破了传统反应釜在没有达到饱和条件就在籽晶表面开始生长而引起多晶氮化镓的问题，通过溶液在两腔室间的循环，不断补充生长过程中溶液中消耗的N。同时，可以克服因降温阶段而引起的多晶多相的不良产物产生，有利于实现高质量氮化物的规模生长。

实施例三：

如图5所示，一种多腔室多片式氮化物单晶体材料生长装置及方法，其核心装置包括一个搅拌器1、驱动该搅拌器1旋转的电机6，用于多片晶体生长的预生长反应室31和晶体生长反应室32，预生长反应室31和晶体生长反应室32通过管道91和92连通。把六片氮化镓晶种模板衬底5水平放入晶体生长反应室32中作为氮化镓体材料生长的晶种，将金属镓、催化剂等原材料放进多腔室预生长反应室31中，此时阀门81与阀门82关闭。加热预生长反应室31与晶体生长反应室32加热装置未标出，持续通入氮气4，将搅拌器1浸没在原材料溶液21中，启动电机6开始运行搅拌。当原材料溶液21的N溶解度达到晶体生长所需的过饱和条件时，打开阀门81，使原材料溶液21通过管道91开始注入晶体生长反应室32中作为晶体生长的生长溶液22，并该生长溶液22完全淹没晶种模板衬底5，此时由于N溶解度高分布均匀且其他条件适宜温度、压强等，氮化物单晶开始在晶种模板衬底5成核生长。晶体生长一段时间后，当晶体生长溶液22中的N被消耗一部分后，打开驱动泵7，慢慢打开生长室溶液流向预生长室的阀门82，经过消耗后的晶体生长反应室32中的生长溶液22经过管道92回流到预生长反应室31中，重新搅拌溶解N，混合均匀再输送到晶体生长反应室32中继续作为供晶体生长的生长溶液22，如此循环，使被消耗掉N的溶液不适合高质量单晶生长的溶液回到预生长反应室31，重新补充N，从而使晶体生长反应室32中溶液N浓度保持不变，保证了晶体的质量。晶体生长完成后，停止搅拌，关闭阀门81，通过驱动泵7将晶体的生长溶液22从管道92抽回到预生长反应室31中，切断生长氮化物表面与反应所需要生长溶液22的接触，避免降温过程中由于N溶解浓度降低而引起的多晶或多相的产生，从而提高产物的质量。这种设计在该搅拌器1的作用下，不但有效提高了N的溶解度，提高晶体生长速度与质量，同时，可提供整个预生长反应室31的原材料溶液21中N溶解浓度的均匀性，保证多片生长氮化镓单晶体材料的晶体质量与生长厚度的同一性。另外，这种设计突破了传统反应釜在没有达到饱和条件就在籽晶表面开始生长而引起多晶氮化镓的问题，通过溶液在两腔室间的循环，不断补充生长过程中溶液中消耗的N。特别地，水平放置的晶种使溶液循环流畅，进一步改善溶液中的N溶解浓度均匀性。同时，生长完毕后溶液与晶体的分离可以克服因降温阶段而引起的多晶多相的不良产物产生，有利于实现高质量氮化物的规模生长。

上述提及的反应室都是可承受高温高压的单腔室液相外延反应釜。

优选的，上述实施例二和实施例三中的多腔室多片式氮化物单晶体材料生长装置中至少包括一个预生长反应室31与一个晶体生长反应室32，预生长反应室31与晶体生长反应室32之间至少两条连接通道，且其中一条通道配备驱动液体流动的装置，如驱动泵7。

优选的，上述实施例一、实施例二和实施例三中衬底上晶体生长的方法除了设置晶种模板衬底5诱导生长，还可以为自发成核。

上述三个实施例只是本发明的举例，但依照本发明原理，这还可以衍生出其它各种方案，包括将这几种方案结合的各种方案。其中只要涉及采用虹吸原理通过搅拌改进溶液N溶解速度及其浓度均匀性，通过驱动泵促进溶液在多个反应釜腔室间的循环以提高晶体生长速度与质量的多片式晶体生长方法都包含在本发明范围。

本发明有以下几个方面的优点：

1、采用新型的搅拌装置，并通过虹吸原理促进溶液的循环，提高了N在溶液中的溶解速度，并能有效保证溶液中N溶解浓度的均匀性，保证多片氮化物单晶体材料生长的晶体质量与厚度尺寸的一致性；

2、设置预生长反应室31与晶体生长反应室32的分离，能有效保障溶液N溶解浓度的过饱和条件，从而提高晶体生长质量；

3、通过设置溶液在预生长反应室31与晶体生长反应室32的循环，使晶体生长反应室32内溶液N浓度保持恒定，提高晶体生长的平均速率，进一步改善晶体质量；

4、晶体生长完成后，通过加大驱动泵7的抽力，促使溶液回流进入预生长反应室31，能有效抑制因为降温而引起的多晶或多相氮化物生成，实现高质量氮化物单晶体材料的批量生产。

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所做出的若干替换、变化和修改的技术方案，均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。

Claims (10)

1.一种多片式氮化物单晶体材料生长装置，其特征在于：为单腔室多片式氮化物单晶体材料生长装置，包括单腔室反应室（3）和搅拌装置，所述搅拌装置置于该单腔室反应室（3）中，所述单腔室反应室（3）中还包括原材料生长溶液（2）、从液面通入到单腔室反应室（3）中的氮气（4）和用于氮化物单晶体材料生长的衬底；所述搅拌装置包括搅拌器（1）、转轴（11）与电机（6），所述转轴（11）的两端分别与搅拌器（1）和电机（6）相连；所述搅拌器（1）包括侧面通孔（12）、实心区（13）和下底面通孔（14），所述侧面通孔（12）与下底面通孔（14）连通。

2.根据权利要求1所述的一种多片式氮化物单晶体材料生长装置，其特征在于：所述衬底是蓝宝石衬底、碳化硅衬底或者硅衬底，或是衬底上沉积氮化物薄膜的复合衬底，或是氮化物自支撑衬底；所述衬底是水平放置或者是垂直放置；所述衬底至少设有一片。

3.根据权利要求1所述的一种多片式氮化物单晶体材料生长装置，其特征在于：所述侧面通孔（12）至少有三个，或是一圈排列，或是多圈排列；所述下底面通孔（14）至少有一个。

4.一种多片式氮化物单晶体材料生长装置，其特征在于：为多腔室多片式氮化物单晶体材料生长装置，包括预生长反应室（31）和晶体生长室（32）以及搅拌装置，所述搅拌装置设于该预生长反应室（31）中，原材料溶液（21）置于所述预生长反应室（31）中，氮气（4）通过管道输运到所述预生长反应室（31）中，衬底置于所述晶体生长反应室（32）内，氮气（4）通过管道输运到所述预生长反应室（31）中，所述原材料溶液（21）通过阀门（81）与管道（91）注入到所述晶体生长反应室（32）内并形成晶体生长所需要的生长溶液（22），而所述晶体生长反应室（32）内的生长溶液（22）通过阀门（82）与管道（92）回流到所述预生长反应室（31），通过驱动液体流动的动力装置调控溶液的循环；所述搅拌装置包括搅拌器（1）、转轴（11）与电机（6），所述转轴（11）的两端分别与搅拌器（1）和电机（6）相连；所述搅拌器（1）包括侧面通孔（12）、实心区（13）和下底面通孔（14），所述侧面通孔（12）与下底面通孔（14）连通。

5.根据权利要求4所述的一种多片式氮化物单晶体材料生长装置，其特征在于：所述多腔室多片式氮化物单晶体材料生长装置至少包括一个预生长反应室（31）与一个晶体生长反应室（32），所述预生长反应室（31）与晶体生长反应室（32）之间至少两条连接通道，且其中一条通道配备驱动液体流动的所述动力装置。

6.根据权利要求4所述的一种多片式氮化物单晶体材料生长装置，其特征在于：所述衬底是蓝宝石衬底、碳化硅衬底或者硅衬底，或是衬底上沉积氮化物薄膜的复合衬底，或是氮化物自支撑衬底；所述衬底是水平放置或者是垂直放置；所述衬底至少设有一片。

7.根据权利要求4所述的一种多片式氮化物单晶体材料生长装置，其特征在于：所述侧面通孔（12）至少有三个，或是一圈排列，或是多圈排列；所述下底面通孔（14）至少有一个。

8.一种根据权利要求1至3任意之一所述的多片式氮化物单晶体材料生长装置的多片式氮化物单晶体材料生长方法，其特征在于：包括以下步骤：

A．设置一个搅拌装置，搅拌装置中的搅拌器（1）浸没在原材料生长溶液（2）中，衬底置于单腔室反应室（3）的底部或四周，氮气（4）通入到单腔室反应室（3）中在原材料生长溶液（2）的表面解离吸附溶解而形成含N溶液；

B．搅拌器（1）在电机（6）的驱动下以转轴（11）为对称轴旋转，处于搅拌器（1）下面的生长溶液在负压的作用下通过下底面通孔（14）被吸收到搅拌器（1）内，然后在搅拌器（1）内被旋转加速，最后在离心力作用下通过侧面通孔（12）离开搅拌器，回到单腔室反应室（3）中；

C．当含N溶液中N的溶解浓度达到生长所需阈值时开始在衬底上生长晶体。

9.一种根据权利要求4至7任意之一所述的多片式氮化物单晶体材料生长装置的多片式氮化物单晶体材料生长方法，其特征在于：包括以下步骤：

A．设置预生长反应室（31）和晶体生长反应室（32），原材料溶液（21）放置在预生长反应室（31）内，搅拌装置中的搅拌器（1）浸没在原材料溶液（21）中，衬底置于晶体生长反应室（32）中，氮气（4）通入到预生长反应室（31）中原材料溶液（21）表面解离吸附溶解而形成含N溶液；

B．搅拌器在电机（6）的驱动下以转轴（11）为中心轴旋转，处于搅拌器（1）下面的原材料溶液（21）在负压的作用下通过底部通孔（14）被吸收到搅拌器（1）内，然后在搅拌器（1）内被旋转加速，最后在离心力作用下通过侧面通孔（12）离开搅拌器（1），回到预生长反应室（31）中；

C．处于稳定过饱和状态的原材料溶液（21）作为生长溶液（22）进入到晶体生长反应室（32）开始晶体生长；

D．被消耗N的用于生长晶体的生长溶液（22）回流到预生长反应室（31），通过搅拌重新溶解补充N，达到稳定过饱和状态后再次进入到晶体生长反应室（32），补充晶体生长所需的材料。

10.根据权利要求9所述的一种多片式氮化物单晶体材料生长方法，其特征在于：所述处于稳定过饱和状态的原材料溶液（21）的流动过程为：打开阀门（81），原材料溶液（21）通过管道（91）注入到晶体生长反应室（32）中，并作为晶体生长反应室（32）中供晶体生长的生长溶液（22）；生长一段时间后，晶体生长反应室（32）中的生长溶液（22）中的N被消耗，其浓度低于单晶生长阈值时，打开动力装置、阀门（82），N不足的生长溶液（22）被抽回到预生长反应室（31）中，通过搅拌补充N后，在所述动力装置的作用下，再次注入到晶体生长反应室（32）中；晶体生长完成后，关闭阀门（81），同时加大动力装置的抽力，使晶体生长反应室（32）中的生长溶液（22）回流到晶体预生长反应室（31），切断氮化物单晶体材料与生长溶液（22）的接触。