本發(fā)明屬于深紫外光電材料領域，具體涉及一種適用于aln的hvpe反應室結構。

背景技術：

1、近年來，以al(ga)n為基礎的深紫外光電器件和電子器件快速發(fā)展，越來越多地呈現(xiàn)出對aln同質襯底的需求，以克服異質外延伴隨的應力、缺陷和熱管理等嚴重問題。對于以高al組分algan為核心的深紫外光電器件，aln單晶襯底具有不可替代的作用。algan多量子阱發(fā)光效率與位錯密度有明確的相關性，基于aln襯底上同質外延，可以生長高質量的algan材料，同時得益于aln高熱導特性獲得散熱優(yōu)勢，可同時實現(xiàn)深紫外光電器件高效率和長壽命。因此，制備高透過率的aln單晶襯底是對于深紫外光電器件的廣泛應用有十分重要的意義。

2、氫化物氣相外延(hvpe)是制備高透過率aln單晶襯底的重要方法之一。由于aln具有鍵能大、原子擴散勢壘高等特點，aln一般需要比gan更高的制備溫度，通常適用于aln生長的高溫hvpe技術生長溫度要求高達1300℃～1800℃，同時還需要考慮氯化氫氣體的強腐蝕性。高溫+強腐蝕性對hvpe反應室設計是一個很大挑戰(zhàn)。針對aln適用高溫hvpe反應室，如果加熱裝置放在反應室外面，一般采用鉬/石墨電阻加熱+陶瓷管反應室方法，但這方法由于陶瓷管反應室真空密封差、易炸裂等安全問題，現(xiàn)在使用的比較少。如果加熱裝置放在反應室內部，一般采用感應加熱+石英反應室方法，是目前使用較多的方案。石英反應室密封性好，潔凈度高，但耐高溫只到1200℃，所以在內部感應加熱器(石墨)與石英壁之間需增加碳氈等保溫材料，但石墨感應加熱器和碳氈保溫材料的潔凈度往往很難達到半導體晶體生長的要求，本身還會引入c雜質。

3、針對適用于aln的hvpe反應室要求高溫+潔凈化的技術難點，目前有兩種解決方案：一種是改石墨感應加熱為光加熱方式，在石英反應室外用紅外氙燈等加熱源，直接光加熱樣品表面(樣品表面位于光焦平面處)到1300℃以上，而偏離焦平面區(qū)域溫度則快速降低，從而確保石英反應室安全。光加熱法能很好解決了石墨系統(tǒng)污染問題，但大平面均勻光加熱源很難獲得，而且長時間生長產物沉積石英管壁，會影響光加熱效率。該方法很難擴展到2英寸以上襯底生長。另一種是將石墨加熱器外鍍sic等保護涂層，不使用碳氈等保溫材料，直接在石英外管管壁外側加裝冷水裝置，利用冷水循環(huán)保證石英反應室外管溫度低于1100℃石英軟化溫度。這一方案較好解決了雜質污染問題，也可以用于大尺寸反應室，但缺點是完全沒有保溫，冷水帶走大量熱量，加熱功率急增，用于晶體生長的加熱能量占比大幅下降，能量損耗大，造成大量的浪費。

4、因此，如何改進hvpe反應室以實現(xiàn)高溫潔凈化要求，達到既節(jié)能又能制備大尺寸aln襯底，是一個亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有高溫hvpe反應室結構的缺點，本發(fā)明提出了一種適用于aln的hvpe反應室結構，采用反光隔光保溫裝置，配合犧牲管和陶瓷涂覆等方法，能夠解決現(xiàn)有技術中石墨加熱器及碳氈保溫結構對反應室c雜質污染，無石墨反應室結構中高溫均勻加熱區(qū)域狹小，以及高溫保溫效果不佳能耗大等問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術方案如下：

3、一種適用于aln的hvpe反應室結構，該結構設置在hvpe設備主體石英管中，在hvpe設備主體石英管的外側設有感應線圈，其特征在于，hvpe反應室結構包括感應加熱器、通流陶瓷支架、反光隔光管、高純材料保溫層和磨砂犧牲石英管，其中，感應加熱器為高純石墨柱體，樣品固定在感應加熱器上，感應加熱器與感應線圈相對應，利用電磁感應原理產生渦流來加熱樣品，感應加熱器固定在通流陶瓷支架支撐上共同位于反光隔光管中，反光隔光管套在磨砂犧牲石英管中，高純材料保溫層位于反光隔光管與磨砂犧牲石英管之間。

4、進一步，感應加熱器采用高純石墨作為感應加熱器材料，易于快速加熱到1300℃以上，樣品位于感應加熱器上，加熱均勻區(qū)域大于2英寸，厚度10-30mm。

5、進一步，為了減少c雜質污染，在感應加熱器外涂覆高純碳化硅，高純氮化硼等，厚度1-5微米。

6、進一步，通流陶瓷支架的材料可以是碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷等。通流陶瓷支架形狀設計需要滿足具有穩(wěn)定的支撐性、盡量降低對流場的干擾等條件，保證反應氣體平穩(wěn)流動到位于加熱器上樣品表面，不在加熱器附近受到阻擋形成渦流。

7、進一步，反光隔光管是不透明、耐高溫、耐腐蝕，其材料可以是：高純碳化硅、高純氮化硅等，純度達到99.9％以上。其長度是感應加熱器+支架整體長度的2-20倍，厚度1-10mm，其可有效阻擋反射高溫時光輻射傳播，減少光輻射對外層部件熱的影響。之前的研究發(fā)現(xiàn)，感應加熱到1400℃以上的高溫區(qū)，對周圍環(huán)境熱的影響主要來源于光輻射，而不是之前認為的熱傳導和熱對流，采用反光隔光管可以有效降低其外部溫度到1100℃以下。

8、進一步，高純材料保溫層位于反光隔光管與磨砂犧牲石英管之間。由于采用了反光隔光管結構，可以有效減少光輻射導致的溫升，使此處溫度可下降到1100℃以下，高純材料保溫層采用高純無污染陶瓷纖維材料來替代有污染的碳毯材料。高純材料保溫層的材料可以采用高純石英纖維或高純氧化鋯纖維材料，純度達到99.95％以上，厚度2-15mm。高純材料保溫層可以更有效地減少向外部的熱損耗，節(jié)約能源；進一步減少傳導到石英管上的熱量，保護石英管。

9、進一步，磨砂犧牲石英管是由若干段內部表面磨砂的石英管組成，它的長度從噴嘴前端起到尾氣處理區(qū)域止。磨砂犧牲石英管的目的是進一步減少熱輻射傳導到外部石英管的熱量，并減少氯化物對外部石英管的腐蝕保護外層石英管，故命名為犧牲管。內部磨砂是為了降低石英管的透明度，進一步減少光輻射傳導到外部石英管的熱量。由于要維持反應室的高純度，犧牲管的石英純度需達到99.99％。

10、本發(fā)明的技術效果如下：

11、本發(fā)明磨砂犧牲石英管是采用內部表面磨砂的石英管，它的長度從噴嘴前端起到尾氣處理區(qū)域止，犧牲管的石英純度為99.99％。感應加熱器仍采用高純石墨材料，表面涂覆耐高溫高純涂層，置于通流高純陶瓷材料制備的支架上，可避免高溫時石墨加熱器c雜質污染，同時保證反應氣體平穩(wěn)流動到位于感應加熱器上樣品表面，不在感應加熱器附近受到阻擋形成渦流等。放感應加熱器的通流陶瓷支架位于反光隔光管中，通流陶瓷支架可有效減少熱傳導到反光隔光管。反光隔光管的特征是不透明，其長度是加熱器+支架整體長度的2-20倍，可有效阻擋反射高溫時光輻射傳播，減少光輻射對外層部件熱的影響。之前的研究發(fā)現(xiàn)，感應加熱到1400℃以上的高溫區(qū)，對周圍環(huán)境熱的影響主要來源于光輻射，而不是之前認為的熱傳導和熱對流，采用反光隔光管可以有效降低其外部溫度到1100℃以下。反光隔光管位于磨砂石英犧牲管內，兩者之間加裝高純材料保溫層，因為此處溫度已下降到1100℃以下，高純材料保溫層的材料可以采用高純陶瓷纖維材料，例如高純石英纖維和高純氧化鋯纖維材料，保溫層材料純度達到99.95％。高純材料保溫層外的高純磨砂石英犧牲管可盡一步減少光輻射對外層hvpe設備主體石英管的熱影響，同時減小氯化物對外層石英管內壁的腐蝕作用，進一步保護外層hvpe設備主體石英管。