[發明專利]一種氮化鎵單晶生長裝置及生長方法

在審

• 申請號: 202010557426.2
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111593398A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 喬焜;張新建
• 申請（專利權）人: 喬焜;張新建
• 主分類號: C30B7/10
• 分類號: C30B7/10;C30B29/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種氮化鎵單晶生長裝置，其特征在于，包括生長容器、設置在生長容器外的機架及生長容器內的加熱裝置。

所述生長容器包括端蓋、筒體和密封結構，端蓋、筒體和密封結構組成的密閉空間為氮化鎵單晶提供生長環境；

所述機架用于支撐生長容器并固定生長容器端蓋以抵消生長容器內的超高壓所造成的軸向力；

所述加熱裝置用于加熱生長容器內的氨溶劑，使氨溶劑處于亞臨界/超臨界狀態；

生長容器內部所有與氨溶劑接觸的部位均存在防腐蝕襯套或防腐蝕層。

2.根據權利要求1所述的生長容器，其特征在于，所述生長容器筒體由內筒體和纏繞在內筒體外壁的預應力扁鋼絲或扁鋼帶組成，所述內筒體由高強度炮鋼鍛件、低合金鋼鍛件或鋼板、不銹鋼鍛件或鋼板、或不銹鋼復合板制造，所述扁鋼絲材質為彈簧鋼、扁鋼帶材質為低合金鋼。

3.根據權利要求1所述的生長容器，其特征在于，所述生長容器端蓋由高強度炮鋼鍛件、低合金鋼鍛件或鋼板、不銹鋼鍛件或鋼板、或不銹鋼復合板制造。

4.根據權利要求1所述的生長容器，其特征在于，所述生長容器內筒體和端蓋設置有水冷槽或水冷板，以冷卻生長容器筒體和端蓋，所述生長容器筒體和端蓋金屬溫度不超過425℃。

5.根據權利要求1所述的生長容器，其特征在于，所述密封結構采用O型環、B形環、C形環、Bridgman密封、Grayloc密封、楔形環密封等，或一個以上上述任一種密封結構組合，或一種以上上述密封結構組合的密封形式，密封結構保證生長容器在真空、高溫超高壓工況下的密封性能，泄漏率≤1.0×10^-12Pa·m³/s。

6.根據權利要求1所述的機架，其特征在于，為由立柱、半圓梁等經預應力扁鋼絲纏繞后組成的部件。

7.根據權利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，所述加熱體為電阻絲發熱體，生長容器內設置有加熱套管，所述發熱體連接線從生長容器端蓋引出。

8.根據權利要求1所述的生長裝置，其特征在于，所述防腐蝕襯套或防腐蝕層為單層或雙層結構，單層或雙層結構中與氨溶劑接觸的一側采用鉑Pt、銥Ir、金Au、銀Ag、鈀Pd、銠Rh、釕Ru等貴金屬或其合金制成。

9.根據權利要求7所述的防腐蝕襯套或防腐蝕層，所述鉑Pt、銥Ir、金Au、銀Ag、鈀Pd、銠Rh、釕Ru等貴金屬或其合金通過襯套、焊接和鍍覆中的一種或一種以上的組合而配置。

10.一種氮化鎵單晶生長方法，其特征在于，應用權利要求1-9中任一項所述的生長裝置，所述生長方法包括：

在生長容器內設置隔板，將生長容器分割為生長區和原料區；

在生長區放置籽晶，原料區放置氮化鎵多晶原料，并向生長容器內放置礦化劑；

封閉生長容器，抽真空后向生長容器內填充氨溶劑；

采用加熱裝置分別加熱生長區和原料區，為生長區提供第一溫度、為原料區提供第二溫度，并使生長區和原料區之間存在溫度差；生長容器內的氨溶劑在生長區和原料區之間產生對流流動，在生長區自發生成氮化鎵種結晶，或促使生長區的氮化鎵籽晶不斷長大；

氮化鎵單晶生長結束，取出氮化鎵單晶，清洗、干燥生長容器，之后返回步驟S01，再次生長氮化鎵單晶。