[实用新型]一种氮化镓单晶生长装置

说明书

本实用新型公开了一种氮化镓单晶生长装置，包括具有反应腔的反应炉体、温控系统和加压系统，其特征在于，所述反应腔内设有缓冲层，所述缓冲层将反应腔分割为第一反应空间和第二反应空间，并可通过缓冲层将反应物从第一反应空间转移至第二反应空间，所述温控系统包括设置在第一反应空间外侧的第一加热器、设置在第二反应空间外侧的第二加热器和设置在整个反应腔内的热电偶，所述两个反应空间的温度可单独调控，所述加压系统包括加压装置和设置在反应腔内的压力传感器。本实用新型提供的氮化镓单晶生长装置，通过单独调控两个反应空间的温度，及缓冲层控制传质流量和方向，实现氮化镓单晶的平衡型生长，有效降低位错密度，提高产率。

技术领域

本实用新型涉及单晶生长装置技术领域，尤其涉及一种氮化镓单晶生长装置。

背景技术

氮化镓(GaN)是研制微电子和光电子器件最重要的第三代半导体材料，具有直接带隙宽(3.4eV)、化学稳定性好、热传导性能优良、击穿电压高(击穿电场≈5×10⁶V cm^-1)、介电常数低(8.9)等特点，有巨大的应用潜力。

当前GaN单晶基片生长方法主要包括氢化物气相外延法(HVPE法)、氨热法(Ammonothermal法)和Na助熔剂法(Na-Flux法)。当前方法生产的GaN基片材质高位错密度(10⁴～10⁸cm^-2)。

Na助熔剂法的最大优点在于其因其可在700-900℃和2-10MPa氮压下生长，生长条件较温和，且容易操作而倍受重视。但该方法其生长重复性差、生长存在强烈的各向异性，生长速率很慢等技术问题有待解决而且容易过饱和析晶，从而自发成核，干扰晶种的定向生长，这对于GaN大尺寸晶体生长影响巨大。

因此，提供一种氮化镓单晶生长装置，为氮化镓的生长工艺创造优良的条件一直是光伏单晶制造行业的努力方向。

实用新型内容

鉴于目前存在的上述不足，本实用新型提供一种氮化镓单晶生长装置，通过缓冲层把反应腔分为第一反应空间和第二反应空间，再通过精密控制的温控系统和加压系统，实现氮化镓单晶的平衡型生长，有效降低位错密度，提高氮化镓的生长效率，及晶体的品质。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种氮化镓单晶生长装置，包括具有反应腔的反应炉体、温控系统和加压系统，其特征在于，所述反应腔内设有缓冲层，所述缓冲层将反应腔分割为第一反应空间和第二反应空间，并可通过缓冲层将反应物从第一反应空间转移至第二反应空间，所述温控系统包括设置在第一反应空间外侧的第一加热器、设置在第二反应空间外侧的第二加热器和设置在整个反应腔内的热电偶，所述温控系统控制使得第一反应空间和第二反应空间的温度不相同，所述加压系统包括加压装置和设置在反应腔内的压力传感器。

依照本实用新型的一方面，所述反应腔一端有加压口，所述加压装置通过加压口与反应腔内的压力传感器连接。

依照本实用新型的一方面，所述加热器通过加压口与加压系统连接。

依照本实用新型的一方面，缓冲层的形状和开口可调节。

依照本实用新型的一方面，缓冲层为具有开口的隔板。

依照本实用新型的一方面，第二反应空间内设置有籽晶架，籽晶安装在所述籽晶架上。

依照本实用新型的一方面，反应炉体为坩埚。

依照本实用新型的一方面，反应炉体放置在高压釜内，所述高压釜由耐高温高压的特种钢材制成。

依照本实用新型的一方面，高压釜由镍基高温合金制成。

依照本实用新型的一方面，高压釜外部设置有保温层。