本发明属于深紫外光电材料领域，具体涉及一种适用于aln的hvpe反应室结构。
背景技术：
1、近年来，以al(ga)n为基础的深紫外光电器件和电子器件快速发展，越来越多地呈现出对aln同质衬底的需求，以克服异质外延伴随的应力、缺陷和热管理等严重问题。对于以高al组分algan为核心的深紫外光电器件，aln单晶衬底具有不可替代的作用。algan多量子阱发光效率与位错密度有明确的相关性，基于aln衬底上同质外延，可以生长高质量的algan材料，同时得益于aln高热导特性获得散热优势，可同时实现深紫外光电器件高效率和长寿命。因此，制备高透过率的aln单晶衬底是对于深紫外光电器件的广泛应用有十分重要的意义。
2、氢化物气相外延(hvpe)是制备高透过率aln单晶衬底的重要方法之一。由于aln具有键能大、原子扩散势垒高等特点，aln一般需要比gan更高的制备温度，通常适用于aln生长的高温hvpe技术生长温度要求高达1300℃～1800℃，同时还需要考虑氯化氢气体的强腐蚀性。高温+强腐蚀性对hvpe反应室设计是一个很大挑战。针对aln适用高温hvpe反应室，如果加热装置放在反应室外面，一般采用钼/石墨电阻加热+陶瓷管反应室方法，但这方法由于陶瓷管反应室真空密封差、易炸裂等安全问题，现在使用的比较少。如果加热装置放在反应室内部，一般采用感应加热+石英反应室方法，是目前使用较多的方案。石英反应室密封性好，洁净度高，但耐高温只到1200℃，所以在内部感应加热器(石墨)与石英壁之间需增加碳毡等保温材料，但石墨感应加热器和碳毡保温材料的洁净度往往很难达到半导体晶体生长的要求，本身还会引入c杂质。
3、针对适用于aln的hvpe反应室要求高温+洁净化的技术难点，目前有两种解决方案：一种是改石墨感应加热为光加热方式，在石英反应室外用红外氙灯等加热源，直接光加热样品表面(样品表面位于光焦平面处)到1300℃以上，而偏离焦平面区域温度则快速降低，从而确保石英反应室安全。光加热法能很好解决了石墨系统污染问题，但大平面均匀光加热源很难获得，而且长时间生长产物沉积石英管壁，会影响光加热效率。该方法很难扩展到2英寸以上衬底生长。另一种是将石墨加热器外镀sic等保护涂层，不使用碳毡等保温材料，直接在石英外管管壁外侧加装冷水装置，利用冷水循环保证石英反应室外管温度低于1100℃石英软化温度。这一方案较好解决了杂质污染问题，也可以用于大尺寸反应室，但缺点是完全没有保温，冷水带走大量热量，加热功率急增，用于晶体生长的加热能量占比大幅下降，能量损耗大，造成大量的浪费。
4、因此，如何改进hvpe反应室以实现高温洁净化要求，达到既节能又能制备大尺寸aln衬底，是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有高温hvpe反应室结构的缺点，本发明提出了一种适用于aln的hvpe反应室结构，采用反光隔光保温装置，配合牺牲管和陶瓷涂覆等方法，能够解决现有技术中石墨加热器及碳毡保温结构对反应室c杂质污染，无石墨反应室结构中高温均匀加热区域狭小，以及高温保温效果不佳能耗大等问题。
2、为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
3、一种适用于aln的hvpe反应室结构，该结构设置在hvpe设备主体石英管中，在hvpe设备主体石英管的外侧设有感应线圈，其特征在于，hvpe反应室结构包括感应加热器、通流陶瓷支架、反光隔光管、高纯材料保温层和磨砂牺牲石英管，其中，感应加热器为高纯石墨柱体，样品固定在感应加热器上，感应加热器与感应线圈相对应，利用电磁感应原理产生涡流来加热样品，感应加热器固定在通流陶瓷支架支撑上共同位于反光隔光管中，反光隔光管套在磨砂牺牲石英管中，高纯材料保温层位于反光隔光管与磨砂牺牲石英管之间。
4、进一步，感应加热器采用高纯石墨作为感应加热器材料，易于快速加热到1300℃以上，样品位于感应加热器上，加热均匀区域大于2英寸，厚度10-30mm。
5、进一步，为了减少c杂质污染，在感应加热器外涂覆高纯碳化硅，高纯氮化硼等，厚度1-5微米。
6、进一步，通流陶瓷支架的材料可以是碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷等。通流陶瓷支架形状设计需要满足具有稳定的支撑性、尽量降低对流场的干扰等条件，保证反应气体平稳流动到位于加热器上样品表面，不在加热器附近受到阻挡形成涡流。
7、进一步，反光隔光管是不透明、耐高温、耐腐蚀，其材料可以是：高纯碳化硅、高纯氮化硅等，纯度达到99.9％以上。其长度是感应加热器+支架整体长度的2-20倍，厚度1-10mm，其可有效阻挡反射高温时光辐射传播，减少光辐射对外层部件热的影响。之前的研究发现，感应加热到1400℃以上的高温区，对周围环境热的影响主要来源于光辐射，而不是之前认为的热传导和热对流，采用反光隔光管可以有效降低其外部温度到1100℃以下。
8、进一步，高纯材料保温层位于反光隔光管与磨砂牺牲石英管之间。由于采用了反光隔光管结构，可以有效减少光辐射导致的温升，使此处温度可下降到1100℃以下，高纯材料保温层采用高纯无污染陶瓷纤维材料来替代有污染的碳毯材料。高纯材料保温层的材料可以采用高纯石英纤维或高纯氧化锆纤维材料，纯度达到99.95％以上，厚度2-15mm。高纯材料保温层可以更有效地减少向外部的热损耗，节约能源；进一步减少传导到石英管上的热量，保护石英管。
9、进一步，磨砂牺牲石英管是由若干段内部表面磨砂的石英管组成，它的长度从喷嘴前端起到尾气处理区域止。磨砂牺牲石英管的目的是进一步减少热辐射传导到外部石英管的热量，并减少氯化物对外部石英管的腐蚀保护外层石英管，故命名为牺牲管。内部磨砂是为了降低石英管的透明度，进一步减少光辐射传导到外部石英管的热量。由于要维持反应室的高纯度，牺牲管的石英纯度需达到99.99％。
10、本发明的技术效果如下：
11、本发明磨砂牺牲石英管是采用内部表面磨砂的石英管，它的长度从喷嘴前端起到尾气处理区域止，牺牲管的石英纯度为99.99％。感应加热器仍采用高纯石墨材料，表面涂覆耐高温高纯涂层，置于通流高纯陶瓷材料制备的支架上，可避免高温时石墨加热器c杂质污染，同时保证反应气体平稳流动到位于感应加热器上样品表面，不在感应加热器附近受到阻挡形成涡流等。放感应加热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减少热传导到反光隔光管。反光隔光管的特征是不透明，其长度是加热器+支架整体长度的2-20倍，可有效阻挡反射高温时光辐射传播，减少光辐射对外层部件热的影响。之前的研究发现，感应加热到1400℃以上的高温区，对周围环境热的影响主要来源于光辐射，而不是之前认为的热传导和热对流，采用反光隔光管可以有效降低其外部温度到1100℃以下。反光隔光管位于磨砂石英牺牲管内，两者之间加装高纯材料保温层，因为此处温度已下降到1100℃以下，高纯材料保温层的材料可以采用高纯陶瓷纤维材料，例如高纯石英纤维和高纯氧化锆纤维材料，保温层材料纯度达到99.95％。高纯材料保温层外的高纯磨砂石英牺牲管可尽一步减少光辐射对外层hvpe设备主体石英管的热影响，同时减小氯化物对外层石英管内壁的腐蚀作用，进一步保护外层hvpe设备主体石英管。
1.一种适用于aln的hvpe反应室结构，该结构设置在hvpe设备主体的石英管中，在石英管的外侧设有感应线圈，其特征在于，hvpe反应室结构包括感应加热器、通流陶瓷支架、反光隔光管、高纯材料保温层和磨砂牺牲石英管，其中，感应加热器为高纯石墨圆柱体，样品固定在感应加热器上，感应加热器与感应线圈相对应，利用电磁感应原理产生涡流来加热样品，感应加热器固定在通流陶瓷支架支撑上共同位于反光隔光管中，反光隔光管套在磨砂牺牲石英管中，高纯材料保温层位于反光隔光管与磨砂牺牲石英管之间。
2.如权利要求1所述的适用于aln的hvpe反应室结构，其特征在于，样品位于感应加热器上，加热均匀区域大于2英寸，厚度10-30mm。
3.如权利要求1所述的适用于aln的hvpe反应室结构，其特征在于，在感应加热器外涂覆高纯碳化硅或高纯氮化硼，厚度1-5微米。
4.如权利要求1所述的适用于aln的hvpe反应室结构，其特征在于，通流陶瓷支架的材料为碳化硅陶瓷或氮化硅陶瓷。
5.如权利要求1所述的适用于aln的hvpe反应室结构，其特征在于，反光隔光管的材料为高纯碳化硅或高纯氮化硅，纯度达到99.9％以上，反光隔光管的厚度为1-10mm。
6.如权利要求1所述的适用于aln的hvpe反应室结构，其特征在于，反光隔光管的长度是感应加热器和通流陶瓷支架的整体长度的2-20倍。
7.如权利要求1所述的适用于aln的hvpe反应室结构，其特征在于，磨砂牺牲石英管由若干段内部表面磨砂的石英管组成。
8.如权利要求7所述的适用于aln的hvpe反应室结构，其特征在于，石英管个数1-4个，其组合总长度从喷嘴前端起到尾气处理区域止。
9.如权利要求1所述的适用于aln的hvpe反应室结构，其特征在于，高纯材料保温层采用高纯石英纤维或高纯氧化锆纤维材料，纯度达到99.95％以上，厚度2-15mm。
