本發明屬于半導體，尤其是第三代Ⅲ族氮化物半導體的制備技術領域，具體地說是一種用于晶體生長的調節反應釜及其控制方法。

背景技術：

氮化鎵(GaN)作為第三代Ⅲ族氮化物半導體，屬于寬帶隙半導體材料(～3.4eV)，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(MOCVD)、氫化物氣相外延法(HVPE)、分子束外延法(MBE)等。氣相生長法得到的氮化鎵晶體位錯密度較大，而傳統的制備硅(Si)、砷化鎵(GaAs)單晶襯底的液相提拉法很難用于生長GaN襯底材料。為此，人們提出將鈉(Na)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。在液相法生長GaN晶體中，晶體生長質量和速率將受到晶種模版表面Ga-Na溶液中氮濃度重要影響，目前有采用旋轉、搖擺及攪拌等方法促進氮氣與Ga源的混合，但是這些方法都無法使反應溶液整體做均一的運動，不利于獲得質量均一的GaN晶體材料。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種便于控制和操作的用于晶體生長的調節反應釜及其控制方法。

為了解決上述技術問題，本發明采取以下技術方案：

一種用于晶體生長的調節反應釜，包括釜體和設在釜體內的加熱器，所述釜體內至少設置一個晶體生長用坩堝和一個反應物溶液調整坩堝，該晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝通過充滿反應物溶液的連通管路連接，釜體上設有升降移動控制機構，該升降移動控制機構分別與晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝連接，帶動該晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝上升或下降。

所述連通管路至少設置一條。

所述連通管路由石英、陶瓷、高純銅管或不銹鋼管材料制成。

所述晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝的側面和底面均設有加熱器。

所述晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝的數量相同或者不同。

所述加熱器為紅外加熱器、電阻加熱器或射頻加熱器。

一種用于晶體生長的調節反應釜的控制方法，包括以下步驟：

初始狀態下，在晶體生長用坩堝放置晶種模板和填充反應物溶液，在反應物溶液調整坩堝內填充反應物溶液，晶體生長用坩堝的液面和反應物溶液調整坩堝的液面位于同一高度；

啟動加熱器進行加熱升溫，同時往釜體內引入氮氣；

在加熱升溫過程中，調整晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝的相對高度，使晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝內的反應物溶液經連通管路相互流動，直到晶體生長完成；

晶體生長完成后，使晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝復位，重新保持液面相同的高度。

在控制晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝的相對高度時，保持晶體生長用坩堝靜止不動，使反應物溶液調整坩堝上升和下降；或者保持反應物溶液調整坩堝靜止不動，使晶體生長用坩堝上升和下降；或者晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝分別上升和下降。

所述晶體生長用坩堝和/或反應物溶液調整坩堝在上升和下降時，以連續運動、周期運動或間歇運動的方式進行運動。

在加熱升溫過程中，晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝的溫度相同或者不相同。

本發明通過控制晶體生長用坩堝和/或反應物溶液調整坩堝的上升和下降，使得兩者之間的反應物溶液相互流動，會進一步促進反應物液面的波動，增強反應物液體與氮氣的進一步混合，提高材料生長速率和質量。

附圖說明

附圖1為本發明晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝處于同一水平面的狀態示意圖；

附圖2為本發明晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝處于不同水平面的狀態示意圖；

附圖3為本發明設置多個晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝的俯視示意圖。

附圖標記：

1-晶體生長用坩堝；2-反應物溶液調整坩堝；30晶體生長用坩堝內的反應物溶液；31-反應物溶液調整坩堝內的反應物溶液；10-釜體；20-加熱器；40-連通管路。

具體實施方式

為了便于本領域技術人員的理解，下面結合附圖對本發明作一步的描述。

如附圖1和2所示，本發明揭示了一種用于晶體生長的調節反應釜，包括釜體10和設在釜體10內的加熱器20，所述釜體10內至少設置一個晶體生長用坩堝1和一個反應物溶液調整坩堝2，該晶體生長用坩堝1和反應物溶液調整坩堝2通過充滿反應物溶液的連通管路40連接，釜體10上設有升降移動控制機構，該升降移動控制機構分別與晶體生長用坩堝1和反應物溶液調整坩堝2連接，帶動該晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝上升或下降。該升降移動控制機構可以設置一個氣缸或者電機，通過連桿與氣缸或者電機連接，并且連桿與晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝連接，從而帶動升降運動。或者其他形式的升降移動控制機構，只要能夠實現升降移動即可，在此不再一一列舉。

連通管路40至少設置一條，可設置多條，晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝之間通過多條連通管路連接，實現更快速的反應物溶液流動。連通管路由石英、陶瓷、高純銅管或不銹鋼管材料制成。

晶體生長用坩堝1和反應物溶液調整坩堝2的側面和底面均設有加熱器20。該加熱器為紅外加熱器、電阻加熱器或射頻加熱器，或者其他方式的加熱器。

在整個生長過程中，晶體生長用坩堝1和反應物溶液調整坩堝2通過交替上升下降的循環運動，實現反應物溶液在彼此間的循環，每一次循環都會促進反應物溶液的流動，并在流動中通過液面的變化，實現新鮮氮氣不斷進入液體鎵，向已經消耗掉氮氣的非飽和液體中補充氮氣，反應得以順利進行。當晶體生長用坩堝1高于反應物溶液調整坩堝2時，晶體生長用坩堝1中的反應物溶液30流向反應物溶液調整坩堝2；當反應物溶液調整坩堝2高于晶體生長用坩堝1時，反應物溶液調整坩堝2的反應物溶液31流向晶體生長用坩堝1，實現反應物溶液的彼此流動，從而有利于促進氮化鎵晶體高速生長。

此外，晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝的數量相同或者不同。而且，如附圖3所示，設置兩個晶體生長用坩堝1和兩個反應物溶液調整坩堝2，該兩個晶體生長用坩堝1和兩個反應物溶液調整坩堝2通過連通管路40兩兩相連。

另外，本發明還揭示了一種用于晶體生長的調節反應釜的控制方法，包括以下步驟：

S1,初始狀態下，在晶體生長用坩堝放置晶種模板和填充反應物溶液，在反應物溶液調整坩堝內填充反應物溶液，晶體生長用坩堝的液面和反應物溶液調整坩堝的液面位于同一高度。此時兩個坩堝的反應物溶液不會相互流動。

S2，啟動加熱器進行加熱升溫，同時往釜體內引入氮氣。晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝的溫度相同或者不相同。

S3，在加熱升溫過程中，調整晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝的相對高度，使晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝內的反應物溶液經連通管路相互流動，直到晶體生長完成；

S4，晶體生長完成后，使晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝復位，重新保持液面相同的高度。

在控制晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝的相對高度時，保持晶體生長用坩堝靜止不動，使反應物溶液調整坩堝上升和下降；或者保持反應物溶液調整坩堝靜止不動，使晶體生長用坩堝上升和下降；或者晶體生長用坩堝和反應物溶液調整坩堝分別上升和下降。

通過以上實施例中的技術方案對本發明進行清楚、完整的描述，顯然所描述的實施例為本發明一部分實施例，而不是全部。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。