[發明專利]一種光氣耦合晶體生長裝置

在審

• 申請號: 201811608221.1
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109652859A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 李成明;楊功壽;陳建;倪綠軍;鄭小平;張國義
• 申請（專利權）人: 北京大學東莞光電研究院
• 主分類號: C30B29/40
• 分類號: C30B29/40;C30B9/10
• 代理公司: 東莞恒成知識產權代理事務所(普通合伙) 44412
• 代理人: 鄧燕

本發明涉及一種光氣耦合晶體生長裝置，包括反應釜體、激光光源、坩堝和籽晶，籽晶設于坩堝內，坩堝一側開設有坩堝通光口，激光光源通過坩堝通光口以切向位置射入坩堝內、并在坩堝內以回音壁傳播模式傳播，與現有技術相比，本發明的激光光源從坩堝一側以切向位置射入坩堝內，激光光源以回音壁傳播模式沿坩堝內壁傳播，促使輸入的激光光源與氮氣充分耦合，高效激發更多的氮電離，從而加速氮溶入反應溶液中，提高反應溶液中的氮含量，進而大大提升晶體生長效率。

技術領域

本發明涉及晶體材料生長技術領域，特別是涉及一種光氣耦合晶體生長裝置。

背景技術

氮化鎵(GaN)作為最重要的Ⅲ族氮化物半導體，屬于寬帶隙半導體材料，在光電子器件等諸多應用領域中，厚膜GaN作為同質外延襯底將對器件性能提高起到巨大的推動作用。目前GaN晶體厚膜的研制方法，主要是金屬有機化學氣相沉積法、氫化物氣相外延法、分子束外延法以及納流法等，其中采用納流法可得到較好的晶體質量和較快的晶體生長速度。現有的納流法一般將鈉等堿金屬作為溶劑，可在比較溫和的條件下液相生長GaN等氮化物晶體，但在液相生長GaN晶體中，晶體生長質量和速率又將受到晶種模版表面Ga-Na溶液中氮濃度的影響，現有中有采用旋轉、搖擺及攪拌等方法促進氮氣與Ga源的混合，但混合效率較為不理想，如中國實用新型說明書CN201620579933.5公開的一種N濃度分布均衡的GaN晶體生長裝置，包括密封釜體，釜體內設有坩堝，釜體的上蓋連接有被動攪拌軸，利用驅動轉盤和被動攪拌機構的配合對GaN生長溶液進行攪拌，現有中也存在向坩堝內射入光能量以激發氮氣電離，加速氮溶入反應溶液中，提高生長速度，如中國實用新型專利說明書CN206512322U公開一種光作用的晶體生長裝置，包括反應釜、坩堝和加熱器，坩堝設在反應釜內，反應釜上設有延伸至坩堝內的光傳輸通道，該光傳輸通道與光源連接使光源發出的光線經光傳輸通道射入坩堝內，光傳輸通道的下端位于坩堝內的溶液液面的上方或內部，因而氮與光源的電離反應位置僅僅限制在光傳輸通道的端部，同時也必須配備攪拌葉片來驅動空氣流動，未能充分使氮與光源高效地快速耦合，進一步提高晶體生長效率。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種大大提升晶體生長效率的光氣耦合晶體生長裝置。

為解決上述目的，本發明采用的如下技術方案。

一種光氣耦合晶體生長裝置，包括反應釜體、激光光源、坩堝和籽晶，籽晶設于坩堝內，坩堝一側開設有坩堝通光口，激光光源通過坩堝通光口以切向位置射入坩堝內、并在坩堝內以回音壁傳播模式傳播。

優選地，激光光源的光傳播路徑設有至少一個交叉節點、且激光光源在該交叉節點處形成有光強最強區域。

優選地，坩堝的形狀設置為結形結構、啞鈴型結構或“8”字形結構，以激光光源在坩堝內回音壁式傳播并激光光源交叉形成有光強最強區域。

優選地，還包括至少一個噴風口，至少一個噴風口噴送氣體至反應溶液。

優選地，噴風口可垂直噴吹或傾斜噴吹氣體至反應溶液，噴風口的噴送流速可恒定不變或周期性改變。

優選地，籽晶設有至少一組，至少一組籽晶可位于噴風口正下方或置于噴風口任意一側或分別置于噴風口兩側。

優選地，還包括加熱裝置，加熱裝置加熱坩堝內的反應溶液并使坩堝內形成有至少一個溫區，不同溫區的反應溶液可產生對流運動。

優選地，加熱裝置可設置為電阻加熱裝置或射頻加熱裝置。

優選地，激光光源可為紫外光源或紅外光源，激光光源的波長范圍為100nm～1064nm，激光光源可以是單一波長或多波長的組合，激光光源可設置為準分子光源、全固態光源、倍頻光源或脈沖光源的任一種，激光光源的光束半徑至少大于0.1微米。

優選地，反應釜體內設有進氣口和出氣口，進氣口和出氣口用于實現反應釜體腔體內的壓強調節。