[实用新型]助熔剂法连续生长大尺寸高质量氮化物单晶的系统

说明书

本实用新型公开了一种助熔剂法连续生长大尺寸高质量氮化物单晶的系统。所述系统包括：反应生长单元、原料补给单元、废料回收单元、生长停滞监测单元和控制单元，所述反应生长单元包括可供反应生长氮化物单晶的反应腔室，所述原料补给单元和废料回收单元分别与所述反应腔室连接，所述废料回收单元至少用于将反应腔室中的废料导出，所述生长停滞监测单元至少用于对所述氮化物单晶的生长状态进行监测，以及，所述控制单元还与所述原料补给单元、废料回收单元、生长停滞监测单元连接。本实用新型提供的系统具有自动化均匀性补充原料的原料补给单元，通过在生长过程中，不断补充生长原料，实现氮化镓单晶的自动连续均匀生长。

技术领域

本实用新型涉及一种助熔剂法生长氮化物单晶的系统，特别涉及一种助熔剂法连续生长大尺寸高质量氮化物单晶的系统，属于晶体制备技术领域。

背景技术

助熔剂法(Na Flux method)获得氮化镓(GaN)单晶的生长技术是目前国际上公认的获得低成本、高质量、大尺寸氮化镓体单晶的生长方法之一。氮化镓体单晶的一般生长过程为：选取适当原料(主要为金属镓、金属钠、碳添加剂等)成分配比，将装有生长原料和氮化镓籽晶的坩埚置于生长炉中，在一定生长温度、一定生长压力的氮气氛围，通过控制不同的生长时间，在氮化镓籽晶上液相外延获得不同厚度的氮化镓体单晶。但是，在生长过程中，氮化镓单晶不断长大，生长原料也不断被消耗(特别是金属镓消耗)，直到生长原料液面高度低于氮化镓外延生长面，生长停滞。

为了获得大尺寸氮化镓体单晶，延长生长时间十分有效，随着生长时间的延长，坩埚内原料被消耗、氮化镓单晶长厚，一方面会使生长原料液面高度不足以覆盖氮化镓外延生长面，导致生长停滞；另一方面会使生长体系内原料的配比范围脱离最优化生长原料配比范围，导致后续生长失衡，晶体质量变差，生长速度偏离最优的生长状态。

因此，如何实现氮化镓单晶在生长体系内的稳定连续的生长是获得大尺寸高质量氮化镓单晶亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种助熔剂法连续生长大尺寸高质量氮化物单晶的系统，以克服现有技术中的不足。

为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型实施例一方面提供了一种助熔剂法连续生长大尺寸高质量氮化物单晶的系统，其包括：反应生长单元、原料补给单元、废料回收单元、生长停滞监测单元和控制单元，所述控制单元分别与反应生长单元、原料补给单元、废料回收单元、生长停滞监测单元连接；

所述反应生长单元包括可供反应生长氮化物单晶的反应腔室，所述原料补给单元和废料回收单元分别与所述反应腔室连通，所述原料补给单元至少用于向所述反应腔室提供生长氮化物单晶所需的原料，所述废料回收单元至少用于将反应腔室中废料导出，

所述生长停滞监测单元至少用于对所述氮化物单晶的生长状态进行监测，以及

所述控制单元至少用于依据所述生长停滞监测单元的监测信号而调控所述原料补给单元、废料回收单元的工作状态。

本实用新型实施例另一方面还提供了一种助熔剂法连续生长大尺寸高质量氮化物单晶的方法，其包括：

提供所述的助熔剂法连续生长大尺寸高质量氮化物单晶的系统；

在反应生长单元的反应腔室中装入生长氮化物单晶所需的原料，并调控生长条件，进行氮化物单晶的生长；

以生长停滞监测单元监测氮化物单晶的生长状态，并据此判断是否需要以废料回收单元将反应腔室内的废料导出和/或以原料补给单元向所述反应腔室输入生长氮化物单晶所需的原料，从而使氮化物单晶连续生长至达到所需的规格。