第二加熱裝置122，對晶種模板進行低于第一加熱裝置的加熱溫度加熱，實現反應物在晶種模板130上達到過飽和狀態。反應釜110內設有位于反應物溶液111的液面上方的第三加熱裝置123，以調控溶液中心形成對流。第一加熱裝置121的加熱溫度高于第二加熱裝置122和第三加熱裝置123的加熱溫度，第二加熱裝置122的加熱溫度低于第三加熱裝置123的加熱溫度。晶種模板130水平設置在反應釜110內底面的中心區域。
[0036]其中，第一加熱裝置121的加熱溫度優選為900°C，第二加熱裝置122的加熱溫度優選為880°C，第三加熱裝置123的加熱溫度優選為890°C。
[0037]本實施例中，第一加熱裝置121促進反應物的溶解，第二加熱裝置122對晶種模板130加熱至生長的過飽和狀態。反應物溶液上方氣液界面處，由于反應釜外圍高溫(邊緣區域)，而中心低溫，因此形成熱對流流向氣液界面中心，如圖1所示熱對流d。同時，位于反應釜I1底部的第二加熱裝置122將在反應釜底部中心區域形成恒溫區A，在反應釜中心區液面上方第三加熱裝置123，將在液面上方形成另一恒溫區B，該恒溫區A和恒溫區B的溫度差異將導致彼此間的熱對流a，流質將由上方高溫區B流向下方較低溫度區A ;反應物溶液底部，恒溫區A溶質集中，密度大，擴散作用驅使溶液形成對流b，流向由中心向反應釜四周，而在反應釜側壁形成向上流動C，從而形成整流a-d，如附圖1和2所示。所述的整流a-d從整個反應釜看，為多重的環形對流，均勻分布在以豎直中心線為對稱的空間，且具有指向性合流的特性，合流點在晶種模板130表面。整流a-d使得單晶膜更均勻和減少單晶表面骼晶現象，同時降低N空位等晶體缺陷；增大N及其他溶質的定向流動及指向性流動，降低多晶層的產生，可顯著提高氮化物單晶材料生長速度。
[0038]實施例二，如附圖3所示，本實施例與實施例一的主體結構基本相同，區別在于晶種模板的設置方位不同，在本實施例二中，反應釜110內的晶種模板230豎直設置在反應釜內底面的中心區域。
[0039]和實施例--致，通過第一加熱裝置221、第二加熱裝置222和第三加熱裝置223
的不同溫度對反應物溶液111進行加熱控制，產生多重環形對流a-d，均勻分布在以豎直中心線為對稱的區域，且具有指向性合流特性，合流點在晶種模板230表面。整流a-d使得單晶膜更均勻和減少單晶表面骼晶現象，同時降低N空位等晶體缺陷；增大N及其他溶質定向流動及指向性流動，有效降低多晶層的產生，且可提高氮化物單晶生長速度。同時，在本實施例中，晶種模板230可以進行雙面同時生長。
[0040]實施例三，如附圖4和5所示，本實施例與實施例二的主體結構基本相同，區別在于反應釜I1內的晶種模板330為多片氮化物晶種模板，通過選擇多片晶種模板，實現一釜多片的氮化物單晶生長。
[0041]同實施例二一致，通過第一加熱裝置321、第二加熱裝置322和第三加熱裝置323的不同溫度對反應物溶液111進行加熱控制，產生多重環形對流a-d，均勻分布在以豎直中心線為對稱的區域，且具有指向性合流特性，合流點在晶種模板330表面。整流a-d使得單晶膜更均勻和減少單晶表面骼晶現象，同時降低N空位等晶體缺陷；增大N及其他溶質的定向流動及指向性流動，可有效減少多晶層的產生，并提高氮化物單晶材料生長速度。
[0042]此外，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。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，或者其他公知的加熱方式。
[0043]需要說明的是，以上所述并非是對本發明的限定，在不脫離本發明的創造構思前提下，任何顯而易見的替換均在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一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，其特征在于，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。2.根據權利要求1所述的通過溫場調控溶液流向的氮化物單晶生長裝置，其特征在于，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。3.根據權利要求2所述的通過溫場調控溶液流向的氮化物單晶生長裝置，其特征在于，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。4.根據權利要求1或2或3所述的通過溫場調控溶液流向的氮化物單晶生長裝置，其特征在于，所述晶種模板水平設置在反應釜內底面的中心區域。5.根據權利要求1或2或3所述的通過溫場調控溶液流向的氮化物單晶生長裝置，其特征在于，所述晶種模板豎直設置在反應釜內底面的中心區域。6.根據權利要求5所述的通過溫場調控溶液流向的氮化物單晶生長裝置，其特征在于，所述晶種模板為多片氮化物晶種模板。7.根據權利要求1或2或3所述的通過溫場調控溶液流向的氮化物單晶生長裝置，其特征在于，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。8.根據權利要求7所述的通過溫場調控溶液流向的氮化物單晶生長裝置，其特征在于，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。
【專利摘要】本實用新型公開了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。本實用新型通過不同加熱裝置實現溫度控制，使得反應釜內的反應物溶液形成有序的對流，使對流的中心點集中在晶種模板上，有效增加了晶體生長所需的N濃度。解決熱對流無序引起的晶體生長不均勻及晶體質量差等問題，提高晶體質量且顯著增大晶體生長速度。
【IPC分類】C30B7/00, C30B29/38
【公開號】CN204714947
【申請號】CN201520345520
【發明人】巫永鵬, 李成明, 陳蛟, 羅睿宏, 李順峰, 張國義
【申請人】北京大學東莞光電研究院
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年5月26日