[发明专利]一种用于晶体生长的调节反应釜及其控制方法

说明书

本发明公开了一种用于晶体生长的调节反应釜及其控制方法，包括釜体和设在釜体内的加热器，所述釜体内至少设置一个晶体生长用坩埚和一个反应物溶液调整坩埚，该晶体生长用坩埚和反应物溶液调整坩埚通过充满反应物溶液的连通管路连接，釜体上设有升降移动控制机构，该升降移动控制机构分别与晶体生长用坩埚和反应物溶液调整坩埚连接，带动该晶体生长用坩埚和反应物溶液调整坩埚上升或下降。本发明实现反应物液体在两个坩埚间循环流动，该流动会进一步促进反应物液面的波动，增强反应物液体与氮气的进一步混合，提高材料生长速率和质量。

技术领域

本发明属于半导体，尤其是第三代Ⅲ族氮化物半导体的制备技术领域，具体地说是一种用于晶体生长的调节反应釜及其控制方法。

背景技术

氮化镓(GaN)作为第三代Ⅲ族氮化物半导体，属于宽带隙半导体材料(～3.4eV)，在光电子器件等诸多应用领域中，厚膜GaN作为同质外延衬底将对器件性能提高起到巨大的推动作用。目前GaN晶体厚膜的研制方法，主要是金属有机化学气相沉积法(MOCVD)、氢化物气相外延法(HVPE)、分子束外延法(MBE)等。气相生长法得到的氮化镓晶体位错密度较大，而传统的制备硅(Si)、砷化镓(GaAs)单晶衬底的液相提拉法很难用于生长GaN衬底材料。为此，人们提出将钠(Na)等碱金属作为溶剂，可在比较温和的条件下液相生长GaN等氮化物晶体。在液相法生长GaN晶体中，晶体生长质量和速率将受到晶种模版表面Ga-Na溶液中氮浓度重要影响，目前有采用旋转、摇摆及搅拌等方法促进氮气与Ga源的混合，但是这些方法都无法使反应溶液整体做均一的运动，不利于获得质量均一的GaN晶体材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种便于控制和操作的用于晶体生长的调节反应釜及其控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种用于晶体生长的调节反应釜，包括釜体和设在釜体内的加热器，所述釜体内至少设置一个晶体生长用坩埚和一个反应物溶液调整坩埚，该晶体生长用坩埚和反应物溶液调整坩埚通过充满反应物溶液的连通管路连接，釜体上设有升降移动控制机构，该升降移动控制机构分别与晶体生长用坩埚和反应物溶液调整坩埚连接，带动该晶体生长用坩埚和反应物溶液调整坩埚上升或下降。

所述连通管路至少设置一条。

所述连通管路由石英、陶瓷、高纯铜管或不锈钢管材料制成。

所述晶体生长用坩埚和反应物溶液调整坩埚的侧面和底面均设有加热器。

所述晶体生长用坩埚和反应物溶液调整坩埚的数量相同或者不同。

所述加热器为红外加热器、电阻加热器或射频加热器。

一种用于晶体生长的调节反应釜的控制方法，包括以下步骤：

初始状态下，在晶体生长用坩埚放置晶种模板和填充反应物溶液，在反应物溶液调整坩埚内填充反应物溶液，晶体生长用坩埚的液面和反应物溶液调整坩埚的液面位于同一高度；

启动加热器进行加热升温，同时往釜体内引入氮气；

在加热升温过程中，调整晶体生长用坩埚和反应物溶液调整坩埚的相对高度，使晶体生长用坩埚和反应物溶液调整坩埚内的反应物溶液经连通管路相互流动，直到晶体生长完成；

晶体生长完成后，使晶体生长用坩埚和反应物溶液调整坩埚复位，重新保持液面相同的高度。

在控制晶体生长用坩埚和反应物溶液调整坩埚的相对高度时，保持晶体生长用坩埚静止不动，使反应物溶液调整坩埚上升和下降；或者保持反应物溶液调整坩埚静止不动，使晶体生长用坩埚上升和下降；或者晶体生长用坩埚和反应物溶液调整坩埚分别上升和下降。

所述晶体生长用坩埚和/或反应物溶液调整坩埚在上升和下降时，以连续运动、周期运动或间歇运动的方式进行运动。