[发明专利]一种通过物理气相传输法生长氮化铝单晶的坩埚装置

说明书

本发明公开了一种通过物理气相传输法生长氮化铝单晶的坩埚装置，包括用于放置氮化铝粉源/氮化铝烧结体的坩埚本体、设于坩埚本体顶部的坩埚盖、设于坩埚本体中的位于坩埚盖下方的籽晶台、设于籽晶台下方的导流加热罩，导流加热罩沿远离籽晶台的方向向下逐渐径向张开，导流加热罩用于将热量导向籽晶台的边缘，使籽晶台的边缘温度大于籽晶台的中心温度。本发明一种生长氮化铝单晶的坩埚装置，通过设置导流加热罩，使得籽晶台的边缘温度高于籽晶台的中心温度，有效的抑制籽晶台边缘的多晶形成；籽晶台中心温度相对较低，为籽晶诱导AlN单晶生长提供有利条件；导流加热罩使气体集中往籽晶台中心部位传输，有效的抑制了籽晶周围多晶的形成。

技术领域

本发明涉及一种通过物理气相传输法生长氮化铝单晶的坩埚装置。

背景技术

第三代半导体材料氮化铝（AlN）禁带宽度为6.2eV，在紫外/深紫外发光波段具有独特优势，是紫外LED最佳衬底材料之一。同时，因其较高的击穿场强、较高的饱和电子漂移速率以及高的导热、抗辐射能力，AlN也可满足高温/高频/高功率电子器件的设计要求，在电子、印刷、生物、医疗、通讯、探测、环保等领域具有巨大的应用潜力。

几乎难溶于任何液体，且熔点在2800℃以上，无法通过传统的溶液法、熔体法获得。利用AlN粉源材料在1800℃以上发生升华的特点，可以通过物理气相传输法获得AlN体材料。此方法以粉源表面与生长界面之间的温度梯度为驱动力，使氮蒸汽与铝蒸汽从高温区传输至低温区，在微过饱和状态下结晶得到AlN单晶。

同质外延是得到高质量大尺寸AlN单晶的有效方法，用这种方法生长的晶体内应力小，缺陷密度低，但由于籽晶定向、籽晶粘结及温场分布等问题，籽晶周围易形成多晶，影响生长单晶尺寸及成品率。根据氮化铝晶体生长热力学及动力学计算得出，晶体生长速率与长晶气氛压强、长晶温度及长晶区温差有关。其中长晶温度越高、温差越大及挥发沉积距离越短，长晶速率越高。而籽晶粘结的籽晶台径向温差及过饱和度直接影响着晶体的形核数量，较小的径向温差及合理的过饱和度分布有利于减小形核数量，形成高质量的单晶。且由于实验后需要从籽晶台上取下晶体，容易造成籽晶台损毁，不利于籽晶台的重复使用，增加制造成本，因此设计适宜的坩埚装置对生长优质的AlN单晶至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过物理气相传输法生长氮化铝单晶的坩埚装置，通过设置导流加热罩，使得籽晶台的边缘温度高于籽晶台的中心温度，有效的抑制籽晶台边缘的多晶形成；籽晶台中心温度相对较低，为籽晶诱导AlN单晶生长提供有利条件。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种通过物理气相传输法生长氮化铝单晶的坩埚装置，包括用于放置氮化铝粉源/氮化铝烧结体的坩埚本体、设于所述坩埚本体顶部的坩埚盖、设于所述坩埚本体中的位于所述坩埚盖下方的籽晶台、设于所述籽晶台下方的导流加热罩，所述导流加热罩沿远离所述籽晶台的方向向下逐渐径向张开，所述导流加热罩位于所述氮化铝粉源/氮化铝烧结体的上方，所述导流加热罩，可作为发热源，用于将热量导向所述籽晶台的边缘，使所述籽晶台的边缘温度大于所述籽晶台的中心温度。

优选地，所述导流加热罩的上端与所述籽晶台之间间隙分布。

优选地，所述导流加热罩的下端沿其周向抵触于所述坩埚本体的内侧周部。

优选地，所述坩埚本体包括第一本体、设于所述第一本体上方的第二本体，所述第一本体的内径小于所述第二本体的内径，所述导流加热罩的下端抵设于所述第一本体的顶端。

优选地，所述导流加热罩包括罩体、设于所述罩体中的用于加热所述罩体的加热机构。

优选地，所述坩埚装置还包括设于所述坩埚本体中的用于隔开所述坩埚盖和所述氮化铝粉源/氮化铝烧结体的隔板。