CN112095140B - 一种利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置，驱动装置内腔的内壁固定设置有隔板，隔板的表面固定设置有加热层，反应罐内腔的内壁固定设置有驱动装置，通孔的内腔固定设置有夹持机构，坩埚的表面固定开设有连接口，进液阀的一端贯穿反应罐、隔板和滑轨的表面，并与连接口活动连接，本发明涉及氮化镓生长技术领域，该利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置，解决了无法进行多个氮化镓晶体来进行共同的生长，无法对氮化镓晶体在坩埚内腔的溶液中进行位置的调整，不能保证晶种模版一直处在最佳的生长环境，不利于提高氮化镓晶体生长效率和生长质量，无法对坩埚进行清理和对大小不同的晶体进行夹持的问题。

Description

一种利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置
技术领域
本发明涉及氮化镓生长技术领域，具体为一种利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置。
背景技术
氮化镓，化学式GaN，是氮和镓的化合物，是一种直接能隙的半导体，自常用在发光二极管中。此化合物结构类似纤锌矿，硬度很高。氮化镓的能隙很宽，为3.4电子伏特，可以用在高功率、高速的光电元件中，例如氮化镓可以用在紫光的激光二极管，可以在不使用非线性半导体泵浦固体激光器的条件下，产生紫光(405nm)激光，氮化镓作为第三代半导体材料的代表，具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高及介电常数小等独特的性能，这使其在光电子器件、电力电子、射频微波器件、激光器和探测器等方面具有广阔的市场前景，GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，并与SIC、金刚石等半导体材料一起，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。
在目前使用的氨热法来氮化镓晶体的生长装置通常是使用吊装式下降法来进行镓晶体的生长，但在吊装式下降法会存在以下的问题：
第一、传统的吊装式下降法只能对单个氮化镓晶体进行生长，无法进行多个氮化镓晶体来进行共同的生长；
第二、传统的吊装式下降法在对的单个的氮化镓晶体进行下降与溶液接触时，来保持氮化镓晶体在溶液的位置，无法对氮化镓晶体在坩埚内腔的溶液中进行位置的调整，不能保证晶种模版一直处在最佳的生长环境，不利于提高氮化镓晶体生长效率和生长质量。
第三、传统的坩埚在反应罐中是固定套接在中间的，通过输送管来对坩埚进行溶液的注入和排放，在工作结束时无法对坩埚进行清理。
第四、传统的吊装式下降法中晶体夹具较为单一，只能对一种晶体进行夹持，无法对大小不同的晶体进行夹持。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置，解决了传统的吊装式下降法只能对氮化镓晶体进行生长，无法进行多个氮化镓晶体来进行共同的生长，传统的吊装式下降法在对的单个的氮化镓晶体进行下降与溶液接触时，来保持氮化镓晶体在溶液的位置，无法对氮化镓晶体在坩埚内腔的溶液中进行位置的调整，不能保证晶种模版一直处在最佳的生长环境，不利于提高氮化镓晶体生长效率和生长质量，传统的坩埚在反应罐中是固定套接在中间的，通过输送管来对坩埚进行溶液的注入和排放，在工作结束时无法对坩埚进行清理，传统的吊装式下降法中晶体夹具较为单一，只能对一种晶体进行夹持，无法对大小不同的晶体进行夹持的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置，包括反应罐，反应罐的顶部固定设置有上盖，所述反应罐的表面转动设置有外封盖，所述反应罐内腔的内壁固定设置有驱动装置，所述驱动装置内腔的内壁固定设置有隔板，所述隔板的表面固定设置有加热层，所述反应罐内腔的底部活动设置有坩埚，所述反应罐表面的两侧均对称固定连接有固定块，所述固定块的一侧固定连接有支撑架。
优选的，所述反应罐底部固定设置有出液管，所述出液管的一端贯穿反应罐的底部，并与坩埚的底部转动连接。
优选的，所述驱动装置包括驱动座，所述驱动座的内腔固定连接有插板，所述插板的一侧与驱动座内腔的顶部之间固定设置有伺服电机，所述伺服电机的输出端固定连接有丝杆，所述丝杆的一端贯穿插板的一侧，并与驱动座内腔的底部转动套接，所述驱动座内腔的内壁之间均对称固定开设有第一滑槽，所述丝杆的表面与驱动座内腔的左、右侧之间转动套接有移动板，所述移动板的两侧固定连接有第一滑动块。
优选的，所述第一滑动块的两侧固定连接有第一滑动块，所述第一滑动块的一端滑动套接在第一滑槽的内腔中，所述第一滑动块的表面与第一滑槽内腔的左、右壁之间相互接触，所述丝杆转动套接在插板内腔和驱动座内腔底部的表面均固定套接有转动轴承。
优选的，所述移动板的一端固定连接有连接板，所述连接板的底部固定连接有套环，所述套环的内腔固定连接有连接杆，所述连接杆的一端固定连接圆盘，所述连接圆盘的表面均对称固定连接有通孔，所述通孔的内腔固定设置有夹持机构。
优选的，所述夹持机构包括夹持板，所述夹持板的相反的一侧均对称固定连接有固定板，所述固定板的一端活动套接在空心套板的内腔中，所述空心套板内腔的左、右壁均对称固定开设有第二滑槽，所述固定板两侧的表面均对称固定连接有第二滑动块，所述固定板的底部和空心套板内腔的底部之间均对称固定连接有第一弹簧。
优选的，所述第二滑动块的两端滑动套接在第二滑槽的内腔中，所述第二滑动块的底部与第二滑槽内腔的底部之间均对称固定连接有第二弹簧。
优选的，所述反应罐内腔的底部均对称固定连接有滑轨，所述坩埚的底部滑动套接在滑轨的表面上，且形成滑动连接。
优选的，所述坩埚的表面固定开设有连接口，所述进液阀的一端贯穿反应罐、隔板和滑轨的表面，并与连接口活动连接。
优选的，所述通孔和夹持机构的数量为两个，且均为相同大小的构件，所述第一弹簧的数量为四个，且均为相同大小的构件。
有益效果
本发明提供了一种利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置。与现有技术相比具备以下有益效果：
1、该利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置，驱动装置包括驱动座，驱动座的内腔固定连接有插板，插板的一侧与驱动座内腔的顶部之间固定设置有伺服电机，伺服电机的输出端固定连接有丝杆，丝杆的一端贯穿插板的一侧，并与驱动座内腔的底部转动套接，驱动座内腔的内壁之间均对称固定开设有第一滑槽，丝杆的表面与驱动座内腔的左、右侧之间转动套接有移动板，移动板的两侧固定连接有第一滑动块，第一滑动块的两侧固定连接有第一滑动块，第一滑动块的一端滑动套接在第一滑槽的内腔中，第一滑动块的表面与第一滑槽内腔的左、右壁之间相互接触，丝杆转动套接在插板内腔和驱动座内腔底部的表面均固定套接有转动轴承，通过驱动装置中的伺服电机和丝杆来动移动板进行上、下的移动，可以使夹持机构中氮化镓晶体在坩埚的内腔中进行上、下的移动，来调整氮化镓晶体在坩埚中位置，解决传统的吊装式下降法在对的单个的氮化镓晶体进行下降与溶液接触时，来保持氮化镓晶体在溶液的位置，无法对氮化镓晶体在坩埚内腔的溶液中进行位置的调整，不能保证晶种模版一直处在最佳的生长环境，不利于提高氮化镓晶体生长效率和生长质量的问题。
2、该利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置，夹持机构包括夹持板，通过多个夹持机构中的夹持板可以进行多个氮化镓晶体进行夹持，解决传统的吊装式下降法只能对单个氮化镓晶体进行生长，无法进行多个氮化镓晶体来进行共同的生长问题。
3、该利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置，夹持板的相反的一侧均对称固定连接有固定板，固定板的一端活动套接在空心套板的内腔中，空心套板内腔的左、右壁均对称固定开设有第二滑槽，固定板两侧的表面均对称固定连接有第二滑动块，固定板的底部和空心套板内腔的底部之间均对称固定连接有第一弹簧，第二滑动块的两端滑动套接在第二滑槽的内腔中，第二滑动块的底部与第二滑槽内腔的底部之间均对称固定连接有第二弹簧，通过夹持机构中的第二弹簧和第一弹簧来进行伸出和缩进，来大对小不一的氮化镓晶体都可以进行夹持，解决传统的吊装式下降法中晶体夹具较为单一，只能对一种晶体进行夹持，无法对大小不同的晶体进行夹持问题。
4、该利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置，反应罐内腔的底部均对称固定连接有滑轨，坩埚的底部滑动套接在滑轨的表面上，且形成滑动连接，通过坩埚滑动连接在滑轨的表面上，出液管和进液阀与坩埚的活动连接，以及外封盖的开合，可以将坩埚进行取出，解决传统的坩埚在反应罐中是固定套接在中间的，通过输送管来对坩埚进行溶液的注入和排放，在工作结束时无法对坩埚进行清理。
5、该利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置，驱动装置内腔的内壁固定设置有隔板，隔板的表面固定设置有加热层，通过加热层来对坩埚进行加热，来加快氮化镓晶体与坩埚内腔的溶液进行快速反应，另外隔板是对反应罐进行保护，防止在加热层加热下，造成反应罐表面的灼热，对操作人员造成伤害的问题。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明反应罐结构的剖视图；
图3为本发明驱动装置结构的示意图；
图4为本发明结构图3中A处局部放大图；
图5为本发明连接圆盘结构的示意图；
图6为本发明夹持机构结构的示意图；
图7为本发明固定板和空心套板结构的剖视图；
图8为本发明结构图7中B处局部放大图。
图中：1、反应罐；2、驱动装置；21、驱动座；22、插板；23、伺服电机；24、丝杆；25、移动板；26、连接板；27、套环；28、连接圆盘；29、连接杆；210、转动轴承；211、第一滑槽；212、第一滑动块；213、通孔；214、夹持机构；2141、夹持板；2142、固定板；2143、空心套板；2144、第一弹簧；2145、第二滑动块；2146、第二弹簧；2147、第二滑槽；3、固定块；4、支撑架；5、上盖；6、进液阀；7、外封盖；8、出液管；9、隔板；10、坩埚；11、连接口；12、加热层；13、滑轨。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-8，本发明提供三种种技术方案：
实施例1
一种利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置，包括反应罐1，反应罐1的顶部固定设置有上盖5，反应罐1的表面转动设置有外封盖7，反应罐1内腔的内壁固定设置有驱动装置2，驱动装置2内腔的内壁固定设置有隔板9，隔板9的表面固定设置有加热层12，反应罐1内腔的底部活动设置有坩埚10，反应罐1表面的两侧均对称固定连接有固定块3，固定块3的一侧固定连接有支撑架4。
请参阅图2，反应罐1底部固定设置有出液管8，出液管8的一端贯穿反应罐1的底部，并与坩埚10的底部转动连接，反应罐1内腔的底部均对称固定连接有滑轨13，坩埚10的底部滑动套接在滑轨13的表面上，且形成滑动连接。坩埚10的表面固定开设有连接口11，进液阀6的一端贯穿反应罐1、隔板9和滑轨13的表面，并与连接口11活动连接。
实施例2
一种利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置，包括反应罐1，反应罐1的顶部固定设置有上盖5，反应罐1的表面转动设置有外封盖7，反应罐1内腔的内壁固定设置有驱动装置2，驱动装置2内腔的内壁固定设置有隔板9，隔板9的表面固定设置有加热层12，反应罐1内腔的底部活动设置有坩埚10，反应罐1表面的两侧均对称固定连接有固定块3，固定块3的一侧固定连接有支撑架4。
请参阅图3-4，驱动装置2包括驱动座21，驱动座21的内腔固定连接有插板22，插板22的一侧与驱动座21内腔的顶部之间固定设置有伺服电机23，伺服电机23的输出端固定连接有丝杆24，丝杆24的一端贯穿插板22的一侧，并与驱动座21内腔的底部转动套接，驱动座21内腔的内壁之间均对称固定开设有第一滑槽211，丝杆24的表面与驱动座21内腔的左、右侧之间转动套接有移动板25，移动板25的两侧固定连接有第一滑动块212，第一滑动块212的两侧固定连接有第一滑动块212，第一滑动块212的一端滑动套接在第一滑槽211的内腔中，第一滑动块212的表面与第一滑槽211内腔的左、右壁之间相互接触，丝杆24转动套接在插板22内腔和驱动座21内腔底部的表面均固定套接有转动轴承210，移动板25的一端固定连接有连接板26，连接板26的底部固定连接有套环27，套环27的内腔固定连接有连接杆29，连接杆29的一端固定连接圆盘28，连接圆盘28的表面均对称固定连接有通孔213，通孔213的内腔固定设置有夹持机构214，通孔213和夹持机构214的数量为两个，且均为相同大小的构件。
实施例3
一种利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置，包括反应罐1，反应罐1的顶部固定设置有上盖5，反应罐1的表面转动设置有外封盖7，反应罐1内腔的内壁固定设置有驱动装置2，驱动装置2内腔的内壁固定设置有隔板9，隔板9的表面固定设置有加热层12，反应罐1内腔的底部活动设置有坩埚10，反应罐1表面的两侧均对称固定连接有固定块3，固定块3的一侧固定连接有支撑架4。
请参阅图5-8，夹持机构214包括夹持板2141，夹持板2141的相反的一侧均对称固定连接有固定板2142，固定板2142的一端活动套接在空心套板2143的内腔中，空心套板2143内腔的左、右壁均对称固定开设有第二滑槽2147，固定板2142两侧的表面均对称固定连接有第二滑动块2145，固定板2142的底部和空心套板2143内腔的底部之间均对称固定连接有第一弹簧2144，第二滑动块2145的两端滑动套接在第二滑槽2147的内腔中，第二滑动块2145的底部与第二滑槽2147内腔的底部之间均对称固定连接有第二弹簧2146，第一弹簧2144的数量为四个，且均为相同大小的构件。
工作时，首先通过固定块3和进液阀6的固定连接，来对反应罐1进行夹持，在打开外封盖7，将籽晶放在多个夹持板2141的中，夹持板2141在受到籽晶的挤压，夹持板2141的会带动固定板2142在空心套板2143的内腔中进行缩进，固定板2142在缩进的同时会对第一弹簧2144进行挤压，其次固定板2142两端的第二滑动块2145会在第二滑槽2147的内情中也进行向下的移动，使第二滑动块2145的底部也会对第二弹簧2146进行挤压，通过夹持板2141对籽晶进行夹持，当籽晶变小时，根据第二弹簧2146和第一弹簧2144自身的弹性，会对固定板2142和第二滑动块2145进行反推，来使夹持板2141进行相对的移动，来对较小的籽晶进行夹持，通过多个夹持机构214和夹持板2141，其目的是为了解决传统的吊装式下降法只能对单个氮化镓晶体进行生长，无法进行多个氮化镓晶体来进行共同的生长和传统的吊装式下降法中晶体夹具较为单一，只能对一种晶体进行夹持，无法对大小不同的晶体进行夹持的问题，将籽晶夹持完成后，关闭外封盖7，将坩埚10通过滑轨13进行滑动，在将连接口11与进液阀6进行连接，以及出液管8的一端与坩埚10的底部进行连接，在连接进液阀6，通过进液阀6与连接口11的连接，使溶液进行到坩埚10的内腔中，其目的为解决传统的坩埚在反应罐中是固定套接在中间的，通过输送管来对坩埚进行溶液的注入和排放，在工作结束时无法对坩埚进行清理问题，在启动伺服电机23，伺服电机23的输出端通过转动轴承210带动丝杆24进行转动，使丝杆24表面的移动板25进行下移，从而使连接板26两侧的第一滑动块212在第一滑槽211的内腔中进行滑动，使连接圆盘28进入到坩埚10的内腔中，使籽晶与溶液进行化学进行反应，其目的是解决传统的吊装式下降法在对的单个的氮化镓晶体进行下降与溶液接触时，来保持氮化镓晶体在溶液的位置，无法对氮化镓晶体在坩埚内腔的溶液中进行位置的调整，不能保证晶种模版一直处在最佳的生长环境，不利于提高氮化镓晶体生长效率和生长质量的问题，由此同时启动加热层12，使加热层12对坩埚10中溶液进行加热，来加快坩埚10内腔溶液来和籽晶进行反应，以及隔板9来对反应罐1的表面进行保护，其目的是防止在加热层12加热下，造成反应罐1表面的灼热，对操作人员造成伤害的问题，当籽晶与溶液反应过程形成晶体，停止工作，打开外封盖7，将晶体取出即可。
在本实施中需要说明的是，出液管8和坩埚10的底部与进液阀6和连接口11的连接可以进行拆卸和安装的连接，伺服电机23可实现正反转，来使晶体在坩埚10中进行上、下的移动，伺服电机23的型号为Y2。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置，包括反应罐(1)，其特征在于：反应罐(1)的顶部固定设置有上盖(5)，所述反应罐(1)的表面转动设置有外封盖(7)，所述反应罐(1)内腔的内壁固定设置有驱动装置(2)，所述驱动装置(2)内腔的内壁固定设置有隔板(9)，所述隔板(9)的表面固定设置有加热层(12)，所述反应罐(1)内腔的底部活动设置有坩埚(10)，所述反应罐(1)表面的两侧均对称固定连接有固定块(3)，所述固定块(3)的一侧固定连接有支撑架(4)；
所述反应罐(1)底部固定设置有出液管(8)，所述出液管(8)的一端贯穿反应罐(1)的底部，并与坩埚(10)的底部转动连接；
所述驱动装置(2)包括驱动座(21)，所述驱动座(21)的内腔固定连接有插板(22)，所述插板(22)的一侧与驱动座(21)内腔的顶部之间固定设置有伺服电机(23)，所述伺服电机(23)的输出端固定连接有丝杆(24)，所述丝杆(24)的一端贯穿插板(22)的一侧，并与驱动座(21)内腔的底部转动套接，所述驱动座(21)内腔的内壁之间均对称固定开设有第一滑槽(211)，所述丝杆(24)的表面与驱动座(21)内腔的左、右侧之间转动套接有移动板(25)，所述移动板(25)的两侧固定连接有第一滑动块(212)，所述第一滑动块(212)的一端滑动套接在第一滑槽(211)的内腔中；
所述移动板(25)的一端固定连接有连接板(26)，所述连接板(26)的底部固定连接有套环(27)，所述套环(27)的内腔固定连接有连接杆(29)，所述连接杆(29)的一端固定连接圆盘(28)，所述连接圆盘(28)的表面均对称固定连接有通孔(213)，所述通孔(213)的内腔固定设置有夹持机构(214)。
2.根据权利要求1所述的一种利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置，其特征在于：所述第一滑动块(212)的表面与第一滑槽(211)内腔的左、右壁之间相互接触，所述丝杆(24)与插板(22)内腔之间固定套接有转动轴承，所述丝杆(24)和驱动座(21)内腔底部的表面固定套接有转动轴承。
3.根据权利要求1所述的一种利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置，其特征在于：所述夹持机构(214)包括夹持板(2141)，所述夹持板(2141)的相反的一侧均对称固定连接有固定板(2142)，所述固定板(2142)的一端活动套接在空心套板(2143)的内腔中，所述空心套板(2143)内腔的左、右壁均对称固定开设有第二滑槽(2147)，所述固定板(2142)两侧的表面均对称固定连接有第二滑动块(2145)，所述固定板(2142)的底部和空心套板(2143)内腔的底部之间均对称固定连接有第一弹簧(2144)；
所述第二滑动块(2145)的两端滑动套接在第二滑槽(2147)的内腔中，所述第二滑动块(2145)的底部与第二滑槽(2147)内腔的底部之间均对称固定连接有第二弹簧(2146)。
4.根据权利要求3所述的一种利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置，其特征在于：所述反应罐(1)内腔的底部均对称固定连接有滑轨(13)，所述坩埚(10)的底部滑动套接在滑轨(13)的表面上，且形成滑动连接。
5.一种使用权利要求4所述的利用氨热法生产氮化镓晶体的生长装置的晶体生长方法，其特征在于：首先通过固定块和进液阀（6）的固定连接，来对反应罐进行夹持，再打开外封盖，将籽晶放在多个夹持板（2141）中，夹持板（2141）在受到籽晶的挤压时，夹持板（2141）会带动固定板（2142）在空心套板（2143）的内腔中进行缩进，固定板（2142）在缩进的同时会对第一弹簧（2144）进行挤压，其次固定板（2142）两端的第二滑动块（2145）会在第二滑槽（2147）的内腔中也进行向下的移动，使第二滑动块（2145）的底部也会对第二弹簧（2146）进行挤压，通过夹持板（2141）对籽晶进行夹持，当籽晶变小时，根据第二弹簧（2146）和第一弹簧（2144）自身的弹性，会对固定板（2142）和第二滑动块（2145）进行反推，来使夹持板（2141）进行相对的移动，来对较小的籽晶进行夹持；
将籽晶夹持完成后，关闭外封盖，将坩埚（10）通过滑轨（13）进行滑动，在将连接口11与进液阀（6）进行连接，以及出液管的一端与坩埚（10）的底部进行连接，在连接进液阀（6），通过进液阀（6）与连接口（11）的连接，使溶液进行到坩埚（10）的内腔中；再启动伺服电机，伺服电机的输出端通过转动轴承带动丝杆进行转动，使丝杆表面的移动板进行下移，从而使连接板两侧的第一滑动块在第一滑槽的内腔中进行滑动，使连接圆盘进入到坩埚（10）的内腔中，使籽晶与溶液进行化学进行反应；
由此同时启动加热层，使加热层对坩埚（10）中溶液进行加热，来加快坩埚（10）内腔溶液来和籽晶进行反应，以及隔板来对反应罐的表面进行保护，当籽晶与溶液反应过程形成晶体，停止工作，打开外封盖，将晶体取出。
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