一種通過溫場調控溶液流向的氮化物單晶生長裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及氮化物單晶半導體材料領域，更具體地是涉及一種關于通過溫場調控溶液攪拌的氮化物單晶材料生長裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，氮化鎵等3B族氮化物作為具有優異藍色發光性能的材料，受到了廣泛的關注，并且作為發光二極管和半導體激光器的材料被廣泛實用化。
[0003]目前，對氮化鎵半導體材料的制備方法主要是氫化物氣相外延法(HVPE)，這也是目前商業化生產的主要方法，但是難以合成高質量的單晶，普遍存在10_6 cm_2的位錯密度。近年來，高溫高壓法(HPNS)、鈉流法(Na Flux)和氨熱法(Ammothermal growth)等方法由于具備合成高質量單晶的能力，受到廣泛的研宄。其中，高溫高壓法和氨熱法由于對設備和生長條件的要求較為苛刻，難以實現產業化。鈉流法的生長條件較為溫和(700~1000°C，4~5MPa)且晶體質量較好，成為生產氮化鎵單晶材料最具潛力的方法。
[0004]鈉流法是從高溫高壓法演變過來的晶體生長方法，通過加熱反應釜來達到晶體的生長條件。傳統的反應釜加熱裝置只能達到特定溫度下的實現整個釜體的加熱，所形成的熱對流為無序對流。
[0005]研宄表明，反應物溶液中設置溫度梯度，使反應釜溶液上部高溫，下部低溫，形成熱對流來加速溶質的傳遞，從而促進反應。但是這種熱對流為垂直方向，是一種亂流，由于不能調控熱對流的流向，對晶體的質量容易產生影響。
[0006]專利CN200880005131公開了一種溫差產生方法，在反應釜底部增加單向溫度梯度，配合反應釜壁的高溫和低溫，形成溶液熱對流，可以實現氮化物單晶膜厚均勻化。但是這種對流為單向對流，對溶質缺乏指向性引導。
【發明內容】
[0007]本實用新型要解決的技術問題是提供一種通過溫場調控溶液流向的氮化物單晶生長裝置，通過溫度控制，使得反應釜內的反應物溶液形成有序的對流。
[0008]為了解決上述技術問題，本實用新型采取以下技術方案:
[0009]一種通過溫場調控溶液流向的氮化物單晶生長裝置，包括反應釜，該反應釜內填充有反應物溶液，反應釜內設有晶種模板，所反應釜側壁周圍設有第一加熱裝置，反應釜底面外表面設有第二加熱裝置，反應釜內設有位于反應物溶液的液面上方的第三加熱裝置，第一加熱裝置的加熱溫度高于第二加熱裝置和第三加熱裝置的加熱溫度，第二加熱裝置的加熱溫度和第三加熱裝置的加熱溫度相異。
[0010]所述第二熱裝置的加熱溫度高于或者低于第三加熱裝置的加熱溫度。
[0011 ] 所述第三加熱裝置設在反應物溶液上方的中心區，第二加熱裝置設置在晶種模板對應的正下方。
[0012]所述晶種模板水平設置在反應釜內底面的中心區域。
[0013]所述晶種模板豎直設置在反應釜內底面的中心區域。
[0014]所述晶種模板為多片氮化物晶種模板。
[0015]所述晶種模板是藍寶石襯底、碳化硅襯底、硅襯底或者硅鍺襯底，或者是相應的氮化物自支撐襯底，或者是生長于異質襯底上的氮化物復合襯底；所述襯底是c面或非極性面或半極性面。
[0016]所述第一加熱裝置、第二加熱裝置和第三加熱裝置的加熱方式為但不限于電阻、射頻或紅外加熱方式。
[0017]本家產新型與現有技術相比，具有以下有益效果:
[0018]1.通過對反應釜內的反應物溶液各方位不同溫度的加熱，使得具有溫差的溫場形成多重環形有序對流，增加了反應物溶液的流動，從而帶動N及其他溶質充分流動參與反應，使得單晶膜更均勻和減少體單晶表面骼晶現象，同時降低N空位等晶體缺陷，提高晶體質量。
[0019]2.通過加熱溫度的控制，使得多重環形對流具有指向性，其合流處設置為晶種模板生長區，可提高晶體材料生長速度。
[0020]3.由于對流使溶液表面高濃度的N可以及時流向晶種模板參與反應，可以降低氣液界面由于N濃度過飽和而產生多晶層，有效提高反應物利用率。
[0021]4.僅采用加熱裝置就可以實現溶液的對流攪拌，設備工藝簡單，可有效降低成本。
【附圖說明】
[0022]附圖1為本實用新型實施例一的剖面結構示意圖；
[0023]附圖2為附圖1的俯視結構示意圖；
[0024]附圖3為本實用新型實施例二的剖面結構示意圖；
[0025]附圖4為本實用新型實施例三的剖面結構示意圖；
[0026]附圖5為附圖4的俯視結構示意圖。
[0027]附圖標注說明:
[0028]110:實施例一的反應釜；111:實施例一的反應物溶液；121:第一加熱裝置；122:第二加熱裝置；123:第三加熱裝置；130:實施例一的晶種模板。
[0029]110:實施例二的反應釜；111:實施例二的反應物溶液；221:實施
[0030]例二的第一加熱裝置；222:實施例二的第二加熱裝置；223:實施例二的第三加熱裝置；230:實施例二的晶種模板。
[0031]110:實施例三的反應釜；111:實施例三的反應物溶液；321:實施例三的第一加熱裝置；322:實施例三的第二加熱裝置；323:實施例三的第三加熱裝置；330:實施例三的多片晶種模板。
【具體實施方式】
[0032]為了便于本領域技術人員的理解，下面結合具體實施例和附圖對本實用新型作進一步的描述。
[0033]本實用新型揭示了一種通過溫場調控溶液攪拌的氮化物單晶生長裝置，包括反應釜，該反應釜內設有反應物溶液和晶種模板，晶種模板正下方設置有第二加熱裝置，以調控溫度達到晶體生長過飽和臨界狀態；反應物溶液的氣液界面上方中心區設置有第三加熱裝置，以調控溶液中心形成對流；反應釜側壁周圍設置有第一加熱裝置，加大原料溶解度；三個加熱裝置間的加熱溫度各不相同，且第一加熱裝置的加熱溫度高于第二加熱裝置和第三加熱裝置的加熱溫度，高低溫場之間形成溶液對流。在不需要外加攪拌葉片及搖擺旋轉反應釜的情況下，對流加速N及反應物的流動，使表面高濃度的N更快到達晶種模板表面進行晶體材料生長，且濃度均勻，不易產生雜晶。特別地，環形對流合流的集中點分布在晶種模板上，可有效提高晶體生長所需的N濃度。
[0034]此外，對于加熱裝置和晶種模板的設置有以下三種較佳的實施例。
[0035]實施例一，如附圖1和2所示，一種通過溫場調控溶液流向的氮化物單晶生長裝置，包括反應釜110，該反應釜110內填充有反應物溶液111，反應釜110內設有晶種模板130，反應釜110側壁周圍設有第一加熱裝置121，對反應釜進行高溫加熱，實現反應物溶解。反應釜110底面外表面設有