CN105420814B - 一种晶体生长反应釜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶体生长反应釜，包括釜体，所述釜体的侧壁为平面结构，釜体内设有腔体，该腔体的侧壁为平面结构，该腔体的侧壁与釜体的侧壁之间形成有晶体生长区，该晶体生长区放置晶种模板，釜体侧壁外表面设有加热器，腔体内设有加热器，釜体内设有至少一个腔体，该腔体的侧壁与釜体的侧壁之间形成至少两个晶体生长区。本发明有效克服了传统反应釜曲面壁造成的反应釜内温场不均匀的问题，特别是有效提高了晶种模板表面温场的均匀度，提高晶体质量。

Description

一种晶体生长反应釜
技术领域
本发明涉及一种反应釜，具体地说是一种半导体晶体生长反应釜。
背景技术
氮化镓作为第三代半导体材料的主要代表，具有宽带隙、高耐压、高热导等优良性能，在光电子器件等领域都已经获得广泛的应用。然而，目前制约氮化镓光电子器件发展的最重要因素就是同质外延衬底问题，由于高质量氮化镓衬底的缺乏，光电子器件材料均在晶格失配与热失配较大的蓝宝石及硅等衬底上外延生长，导致缺陷等不利因素，严重影响了器件的性能。为此，当前已发展了氢化物气相外延及氨热法等多种研制氮化镓单晶材料的工艺，在这些技术中，钠助熔剂法（Na Flux）作为液相法的一种，因其相对温和的生长条件（温度可降低到900℃以内，晶体生长压力可至4~5MPa），越来越受到广泛的关注。
但是，传统的液相法制备氮化镓，使用的反应釜为具有曲面壁的传统反应釜。曲面壁的存在，使热传导为非平面传导，晶种模板表面的温场难以达到高度均匀，生长的晶体容易存在较大的晶体质量问题，如晶体厚度不均匀、裂纹及错位等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种晶体生长反应釜，有效克服了传统反应釜曲面壁造成的反应釜内温场不均匀的问题，特别是有效提高了晶种模板表面温场的均匀度，提高晶体质量。
为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种晶体生长反应釜，包括釜体，所述釜体的侧壁为平面结构，釜体内设有腔体，该腔体的侧壁为平面结构，该腔体的侧壁与釜体的侧壁之间形成有晶体生长区，该晶体生长区放置晶种模板，釜体侧壁外表面设有加热器，腔体内设有加热器。
所述釜体内设有至少一个腔体，该腔体的侧壁与釜体的侧壁之间形成至少两个晶体生长区。
所述不同晶体生长区相互连通或者相互独立。
所述晶体生长区的宽度大于10毫米。
所述晶种模板放置在晶体生长区的中心位置或者任意位置。
所述釜体为但不限于侧壁为平面结构的三棱柱、四棱柱或五棱柱。
所述釜体内设有一个腔体，该腔体的侧壁与釜体的侧壁之间形成相互连通的四个晶体生长区。
所述釜体内设有并排平行的三个腔体，相邻腔体的侧壁之间以及腔体侧壁和釜体侧壁之间共形成四个晶体生长区。
所述釜体内设有五个腔体，相邻腔体的侧壁之间以及腔体侧壁和釜体侧壁之间共形成十个晶体生长区。
所述加热装置为但不限于红外加热器、电阻加热器或射频加热器。
本发明具有以下有益效果:
1、通过将反应釜和腔体的侧壁设置为平面结构，可以使加热装置的温场以平面形式分布，晶种模板表面的温场处于平面分布状态，均匀的温场提高晶体质量。
2、晶体生长区的宽度较小，加快了热场的传递，进一步提高温场的均匀性。
3、一个反应釜具有多个晶体生长区，可以同时生长多片晶体，提高了晶体生长效率。
附图说明
附图1为本发明实施例一的俯视结构示意图；
附图2为本发明实施例一的立体结构示意图；
附图3为本发明实施例二的俯视结构示意图；
附图4为本发明实施例二的立体结构示意图；
附图5为本发明实施例三的俯视结构示意图；
附图6为本发明实施例三的立体结构示意图。
附图标注说明：
实施例一中：10：釜体；11：腔体；12：釜体侧壁；14：腔体内的加热器；15：釜体侧壁的加热装器；16：晶种模板；17：反应物溶液；18：晶体生长区间。
实施例二中：20：釜体；21：腔体；22：釜体侧壁；24：腔体内的加热器；25：釜体侧壁的加热装器；26：晶种模板；27：反应物溶液；28：晶体生长区间。
实施例三中：30：釜体；31：腔体；32：釜体侧壁；34：腔体内的加热器；35：釜体侧壁的加热装器；36：晶种模板；237：反应物溶液；38：晶体生长区间。
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发明作进一步的描述。
在本方案中，在进行氮化物晶体生长的过程中，反应釜内会填充生长溶液，并且往反应釜内注入氮气，此为公知常识，在此不再详细赘述。
实施例一，如附图1和2所示，一种晶体生长反应釜，包括釜体10，所述釜体10的侧壁12为平面结构，釜体内设有腔体11，该腔体11的侧壁为平面结构，该腔体11的侧壁与釜体10的侧壁之间形成有晶体生长区，该晶体生长区放置晶种模板16，釜体10侧壁外表面设有加热器15，腔体内设有加热器14。该加热器为但不限于红外加热器、电阻加热器或射频加热器或者其他形式的加热器，只要可以产生平面热源即可，在此并无具体限定。
在本实施例一中，釜体为方柱形，釜体内填充生长物溶液17，釜体10内设置一个腔体11，该腔体11的侧壁与釜体的侧壁之间形成相互连通的四个晶体生长区18，晶体生长区宽度为20mm，相邻的晶体生长区之间相互连通。晶种模板16设置于晶体生长区18中间，距离腔体11侧壁和釜体10的侧壁12等距。此时，晶种模板16恰好处于釜体温场的等温面上，反应物质也将以一个等速面的形式流向晶种模版，晶种模板16表面的温场较均匀，在晶种模版表面的速度分布也将均匀分布，这将促使晶种模版材料生长速率相同，从而保证材料生长厚度一致，材料的组分分布也均一稳定，生长晶体质量较高。
实施例二，如附图3、4所示，釜体20为方柱状，釜体内填充生长物溶液27，釜体20侧壁设置加热器25，在釜体20内设置有三个腔体21，该三个腔体21将釜体20分为4个晶体生长区28，晶体生长区宽度为15mm，各晶体生长区之间相互连通。腔体21内设置加热器24，晶种模板26设置于晶体生长区28中间，距离釜体20的侧壁22和腔体21的侧壁等距。此时，晶种模板26恰好处于釜体温场的等温面上，晶种模板26表面的温场较均匀，由于温场的均匀，将会保证反应物质以平行平面的形式向晶种模版运动，在晶种模版上温度的均匀性也同时能够进一步保证氮化镓材料生长厚度均匀，组分分布均匀，生长晶体质量较高。
实施例三，如附图5、6所示，釜体30为五棱柱状，釜体30内填充生长物溶液37，釜体30内设置五个腔体31，该腔体31内设有加热装置34，釜体30侧壁32设有加热装置35，该五个腔体31将釜体30内部空间分成十个晶体生长区间38，晶体生长区宽度为20mm，晶体生长区之间相互连通。晶种模板36设置于晶体生长区中间，距离腔体31侧壁和釜体30的侧壁32等距。此时，晶种模板36恰好处于釜体温场的等温面上，晶种模板36表面的温场较均匀，由于温场的均匀，将会保证反应物质以平行平面的形式向晶种模版运动，在晶种模版上温度的均匀性也同时能够进一步保证氮化镓材料生长厚度均匀，组分分布均匀，生长晶体质量较高。
此外，反应釜还可以是六棱柱状或者其他侧壁为平面结构的形状，在此没有限定，只要满足具有平面壁即可。晶种模板固定在反应釜的晶体生长区中，可以与平面内壁和平面外壁等距，也可以在平面内壁和平面外壁之间的任何位置，只要满足与平面壁平行即可。而且，釜体内的各个晶体生长区间还可以设为不连通的形式。
由于加热装置为平面热源，热场以平面形式进行传导，晶种模板平行于平面壁，即设置在相应的热场平面中，因此晶种模板表面的温场较均匀，有效克服了传统反应釜曲面壁造成晶种模板表面温场不均匀的问题，可有效避免晶体存在N空位、晶体质量差等问题，提高原材料利用率。
需要说明的是，以上所述并非是对本发明技术方案的限定，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。

Claims (10)

1.一种晶体生长反应釜，包括釜体，其特征在于，所述釜体的侧壁为平面结构，釜体内设有腔体，该腔体的侧壁为平面结构，该腔体的侧壁与釜体的侧壁之间形成有晶体生长区，该晶体生长区放置晶种模板，釜体侧壁外表面设有加热器，腔体内设有加热器。
2.根据权利要求1所述的晶体生长反应釜，其特征在于，所述釜体内设有至少一个腔体，该腔体的侧壁与釜体的侧壁之间形成至少两个晶体生长区。
3.根据权利要求2所述的晶体生长反应釜，其特征在于，所述不同晶体生长区相互连通或者相互独立。
4.根据权利要求3所述的晶体生长反应釜，其特征在于，所述晶体生长区的宽度大于10毫米。
5.根据权利要求4所述的晶体生长反应釜，其特征在于，所述晶种模板放置在晶体生长区的任意位置。
6.根据权利要求5所述的晶体生长反应釜，其特征在于，所述釜体为侧壁为平面结构的三棱柱、四棱柱或五棱柱。
7.根据权利要求2～6中任一项所述的晶体生长反应釜，其特征在于，所述釜体内设有一个腔体，该腔体的侧壁与釜体的侧壁之间形成相互连通的四个晶体生长区。
8.根据权利要求2～6中任一项所述的晶体生长反应釜，其特征在于，所述釜体内设有并排平行的三个腔体，相邻腔体的侧壁之间以及腔体侧壁和釜体侧壁之间共形成四个晶体生长区。
9.根据权利要求2～6中任一项所述的晶体生长反应釜，其特征在于，所述釜体内设有五个腔体，相邻腔体的侧壁之间以及腔体侧壁和釜体侧壁之间共形成十个晶体生长区。
10.根据权利要求1～6中任一项所述的晶体生长反应釜，其特征在于，所述加热装置为红外加热器、电阻加热器或射频加热器。
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