[发明专利]一种HVPE法生长氮化铝的辅助加热体装置及方法

说明书

本发明公开了一种HVPE法生长氮化铝的辅助加热体装置及方法。该装置的上加热体设有氨气接入口和氯化铝接入口，并分别与氯化铝气体管路、氨气气体管路螺纹连接；氨气接入口和氯化铝接入口贯通辅助加热体装置上加热体；下加热体设有回型沟槽，回型沟槽中设有若干个圆形孔洞作为出气口，圆形孔洞贯穿至下加热体下表面；上加热体的氨气接入口和氯化铝接入口的下端分别与下加热体设有的回型沟槽连通；上加热体与下加热体通过螺纹连接。采用本辅助加热装置，有效减少了外延衬底上多晶掉落的概率；有效降低出气管口多晶沉积量，减少生长过程中的多晶掉落，提高生长过程中炉内环境的稳定性，实现HVPE‑AlN外延层的长时间稳定生长。

技术领域

本发明涉及氮化铝生长领域，尤其是涉及一种HVPE法生长氮化铝的辅助加热体装置及方法。

背景技术

氮化铝材料由于其特有的带隙宽度和优良的光电特性，在可见紫外波段发光二极管、高频、大功率电子器件、紫外探测器等光电子器件有着广泛的应用前景，因此也成为宽禁带半导体材料中极具吸引力的材料。然而，制约氮化物半导体的发展重要因素之一是衬底材料。目前制备高透过率的氮化铝衬底材料最常用的方法是氢化物气相外延法生长获得。在氢化物气相气法生长氮化铝的过程中，所用的原料气体氨气和氯化铝具有极高的反应活性，二者在气氛中相遇即可反应产生氮化铝，并在炉内相对低温的出气管口位置沉积，形成多晶颗粒。这些多晶颗粒极易掉落至生长衬底，使衬底上生长的氮化铝外延层出现大量多晶。所以防止生长过程中出气管口的多晶沉积是HVPE-AlN外延层的长时间稳定生长的关键。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种HVPE法生长氮化铝的辅助加热体装置及方法。

本发明采取的技术方案是：一种HVPE法生长氮化铝的辅助加热体装置，其特征在于，所述辅助加热体装置由上加热体和下加热体组合而成，上加热体设有氨气接入口和氯化铝接入口，并分别与氯化铝气体管路、氨气气体管路螺纹连接；氨气接入口和氯化铝接入口贯通辅助加热体装置上加热体；所述下加热体设有回型沟槽，回型沟槽中设有若干个圆形孔洞作为出气口，圆形孔洞贯穿至下加热体下表面；上加热体的氨气接入口和氯化铝接入口的下端分别与下加热体设有的回型沟槽连通；上加热体设有外螺纹，下加热体设有内螺纹，上加热体与下加热体通过螺纹连接。

所述下加热体设有的沟槽宽度为1mm-3mm，设有的圆形孔洞（13）直径也为1mm-3mm。

一种HVPE法生长氮化铝的辅助加热体装置的方法，其特征在于，所述方法有如下步骤：

第一步：将生长AlN用的衬底放置在加热基台中心位置；

第二步：将辅助加热体装置与氨气和氯化铝出气管路连接，并悬挂固定在生长炉内，使辅助加热体装置下表面与衬底间距为10cm；

第三步：将腔体气压抽真空至0.1mbar以下，充入氮气保护气体至500mbar；

第四步：启动加热基台旋转装置，使加热基台转速达到100转/分钟；

第五步：开启感应电源，使感应线圈加热辅助加热体装置和加热基台；

第六步：当辅助加热体装置升温至1400℃以上，并且加热基台升至1500℃时，通入氨气和氯化铝原料气体，原料气体经辅助加热体装置加热至高温后，均匀流出至衬底表面附近，经混合反应后生成氮化铝外延层；

第七步：生长结束后，自然降温至室温，将腔体内气压抽真空至0.1mbar以下，充入氮气保护气体至大气压，最后打开腔室，取出外延片；

第八步：拆除辅助加热体装置，对辅助加热体装置上的氮化铝多晶进行清理，以备再次使用。