一种可控悬浮晶体生长反应釜
技术领域
本发明涉及晶体生长技术领域，尤指一种可控悬浮晶体生长反应釜。
背景技术
氮化镓(GaN)作为最重要的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，厚膜氮化镓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。目前氮化镓晶体厚膜的研制方法，主要是金属有机化学气相沉积法、氢化物气相外延法、分子束外延法以及纳流法等，其中采用纳流法可得到较好的晶体质量和较快的晶体生长速度。现有的纳流法一般将钠等碱金属作为溶剂，可在比较温和的条件下液相生长GaN等氮化物晶体，但在液相生长GaN晶体中，晶体生长质量和速率又将受到晶种模版表面Ga-Na溶液中氮浓度的影响。传统的用于生成晶体的设备为反应釜体，将晶种模板放置在反应釜体内的反应溶液中，晶种模板一般是静止状态，反应釜体内的晶种模版无法在反应溶液内进行调整，不能保证晶种模版一直处在最佳的生长环境，不利于提高晶体生长效率和生长质量。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种可控悬浮晶体生长反应釜，其可通过悬浮装置带动籽晶移动，以此调整籽晶在反应溶液中的位置，保证籽晶一直处在最佳的生长溶液环境，从而加速晶体材料的生长效率和获得质量较佳的晶体材料。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种可控悬浮晶体生长反应釜，包括反应釜体、籽晶和设置在该反应釜体内的坩埚，所述坩埚内装载有反应溶液，所述籽晶设于反应溶液内，还包括位于坩埚内的悬浮装置，所述籽晶与所述悬浮装置连接，所述悬浮装置可在反应溶液内上升或下降以调整所述籽晶在反应溶液内的位置。
其中，所述悬浮装置设有至少一个中空箱体，所述中空箱体设有用于调节中空箱体浮力的流体进入管和流体排出管，经由流体进入管和流体排出管进入或排出的流体可为液体或气体。
其中，所述籽晶装设在中空箱体底部、外侧壁或中空箱体外表面的任何位置。
其中，所述中空箱体为蓝宝石材质、氮化硼材质或陶瓷材质中的一种。
其中，所述悬浮装置可周期性或非周期性上下运动。
其中，还包括加热装置，加热装置加热坩埚内的反应溶液并使坩埚内形成有至少一个温区，不同温区的反应溶液可产生对流运动。
其中，所述加热装置可设置为电阻加热装置、感应加热装置或射频加热装置中的一种。
其中，所述籽晶为由蓝宝石衬底、碳化硅衬底或氮化镓衬底形成的籽晶。
其中，反应釜体设有用于调整压强的进气管和出气管。
其中，所述反应釜体为圆柱形、棱柱形及其他任何具有空心壳体结构的几何形体。
本发明的有益效果在于：
与现有技术相比，本发明通过增加了悬浮装置，悬浮装置能够在反应溶液中实现上浮或下沉动作，籽晶装设在悬浮装置上，实际应用中，通过调节悬浮装置在反应溶液中的位置，籽晶可以随悬浮装置连动而上浮或下沉到反应溶液内任意位置，由此可根据生长过程调整籽晶在反应溶液中的位置，有利于籽晶生长的各方面可控，保证籽晶一直处在最佳的反应溶液环境，进而大大加速晶体材料的生长效率和获得质量较佳的晶体材料。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的剖面结构示意图。
附图标记说明：1-反应釜体；2-加热装置；3-坩埚；4-反应溶液；5-籽晶；6-中空箱体；7-进气管；8-出气管；9-流体进入管；10-流体排出管。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明予以详细说明。
请参阅图1所示，一种可控悬浮晶体生长反应釜，包括反应釜体1、籽晶5和设置在该反应釜体1内的坩埚3，所述坩埚3内装载有反应溶液4，所述籽晶5设于反应溶液4内，本发明还包括位于坩埚3内的悬浮装置，所述籽晶5与所述悬浮装置连接，所述悬浮装置可在反应溶液4内上升或下降以调整所述籽晶5在反应溶液4内的位置，与现有技术相比，本发明通过增加了悬浮装置，悬浮装置能够在反应溶液4中实现上浮或下沉动作，籽晶5装设在悬浮装置上，实际应用中，通过调节悬浮装置在反应溶液4中的位置，籽晶5可以随悬浮装置连动而上浮或下沉到反应溶液4内任意位置，由此可根据生长过程调整籽晶5在反应溶液4中的位置，有利于籽晶5生长的各方面可控，保证籽晶5一直处在最佳的反应溶液4环境，进而大大加速晶体材料的生长效率和获得质量较佳的晶体材料。
参照图1，本实施例中的所述悬浮装置设有一个中空箱体6，所述中空箱体6设有用于调节中空箱体6浮力的流体进入管9和流体排出管10，经由流体进入管9和流体排出管10进入或排出的流体为液体和气体，通过流体进入管9对中空箱体6通入高密度液体，使中空箱体6和籽晶5共同下沉，通过流体进入管9向中空箱体6内通入一定量的气体及通过流体排出管10对中空箱体6排出高密度液体，使中空箱体6和籽晶5共同上浮，实现籽晶5在反应溶液4内的位置可控，通过调整浮力来调整中空箱体6在反应溶液4内的位置，设计巧妙，使用可靠性高，实现效果更为稳定，在其他优选的实施例中，经由流体进入管9和流体排出管10进入或排出的流体还可为单一的液体或气体，有序地向中空腔体内通入一定量的气体或一定量的液体以调整中空箱体6的浮力，从而使中空箱体6上浮或下沉，在此不再赘述。本实施例通过调整中空箱体6的浮力方式来实现籽晶5在反应溶液4中上移或下降，但不限于此，在其他优选的实施例中，还可通过纵向驱动模组来驱动中空箱体6的升降来调整籽晶5的位置，在此不再赘述。
本实施例的所述悬浮装置还可设置有两个或多个中空箱体6，每个中空箱体6都可分别装设有籽晶5，可根据实际需要进行选择，本实施例的所述悬浮装置可周期性运动，由此籽晶5在反应溶液4中的位置随时变动，同时这样的运动可起到搅拌作用，反应溶液4混合更为均匀，利于加快晶体生长速度，也可减弱反应溶液4表面形成籽晶5，但不限于此，所述悬浮装置还可非周期性上下运动，可以根据需要使籽晶5上升或下降。参照图1，本实施例的所述籽晶5装设在中空箱体6底部，但不限于此，所述籽晶5还可装设在中空箱体6的外侧壁或中空箱体6外表面的任何位置，使中空箱体6能带动所述籽晶5上浮或下沉，本实施例的所述中空箱体6为蓝宝石材质、氮化硼材质或陶瓷材质中的一种。
本实施例还包括加热装置2，加热装置2加热坩埚3内的反应溶液4并使坩埚3内形成有至少一个温区，不同温区的反应溶液4可产生对流运动，图1示出，本实施例的坩埚3侧面以及底部都设有加热装置2，每个加热装置2可将坩埚3内的反应溶液4加热至不同的温度，从而使坩埚3内形成有多个温区，由于温度差异，不同温区的反应溶液4可产生对流运动，使反应溶液4整体做均一的运动，反应溶液4混合均匀，利于获得质量较为均一的晶体材料，同时利于实现反应速率可调，避免在反应溶液4表面结晶。本实施例的所述加热装置2可设置为电阻加热装置2、感应加热装置2或射频加热装置2中的一种或多种，本实施例的所述籽晶5为由蓝宝石衬底、碳化硅衬底或氮化镓衬底形成的籽晶5，结晶效果更好。
本实施例的反应釜体1设有用于调整压强的进气管7和出气管8，通过进气管7和出气管8充放气体来，达到生长所需压强。本实施例的所述反应釜体1为圆柱形，但不限于此，所述反应釜体1还可为棱柱形及其他任何具有空心壳体结构的几何形体，本实施例所述的反应溶液4为液体镓源，进气管7和出气管8充放气体为氮气。
本实施例的工作原理如下：
通过反应釜体1的进气管7和出气管8进行充放气，在反应釜体1内达到生长所需压强，及通过加热装置2将坩埚3内的反应溶液4升温至生长所需的温度后，在生长晶体材料过程中，通过流体进入管9向中空箱体6内充入高密度液体镓，使中空箱体6和装设于中空箱体6的籽晶5共同下沉，或通过流体进入管9向中空箱体6内通入一定量的气体，将高密度液体镓经由流体排出管10排出中空箱体6外，使中空箱体6和籽晶5共同上浮，中空箱体6和籽晶5的运动过程可周期性进行，加快晶体生长速度，及减弱液体表面结晶形成，同时通过加热装置2调节各个温区的温度，使坩埚3内的反应溶液4产生对流运动。
以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
