[发明专利]用于AlN晶体生长的图形化衬底

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于AlN晶体生长的图形化衬底。

背景技术

AlN晶体是一种重要的宽禁带(6.2eV)半导体材料，具有高热导率(330W/m.K)、高电阻率、良好的紫外透过率与较高的抗辐射能力，在高温、高频、大功率电子器件、光电子器件、激光器件等半导体器件中有着良好的应用前景。

大量研究证明，PVT法是制备大尺寸AlN晶体的最有效途径之一，该方法通过在高温区使材料蒸发，利用蒸汽的扩散和输运，在低温区生成晶体。使用该方法可利用晶体原料自发成核生长出单晶，也可利用籽晶，使晶体原料在升华后在籽晶上沉积而生长为单晶。

一般来说，PVT法生长AlN晶体需要选择合适的籽晶，这是由于自发成核生长AlN存在着一定的局限性：在晶体生长过程中，随着原料的升华与气相组分的输运，坩埚盖上会自发地出现多个成核中心，同时，由于这些成核中心之间在结晶化过程中存在着竞争，因此难以获得大尺寸，高质量的单晶体。

目前，SiC籽晶、AlN籽晶、SiC/AlN复合籽晶被证明是可以制备出大尺寸AlN晶体的合适的籽晶。然而，这几种籽晶的采用，均存在着自身的优势与不足。SiC是近年来应用较为成熟的宽带隙半导体材料之一，这种材料是用于生长AlN晶体较为理想的异质籽晶材料，它的主要不足在于：一方面与AlN存在一定的热失配与晶格失配，AlN(纤锌矿结构热膨胀系数α_c＝5.27×10^-6/K，α_a＝4.15x10^-6/K)，6H-SiC(纤锌矿结构热膨胀系数α_a＝4.3×10^-6/K，α_c＝4.7×10^-6/K)；另一方面在晶体生长过程中，高温下SiC会发生分解，产生的Si、C元素将对AlN造成污染。AlN籽晶最有利于AlN晶体的生长，但是目前只有Crystal IS公司、N-Crystals公司能够制备出2英寸AlN晶体，昂贵的成本限制了AlN籽晶的应用。利用SiC/AlN复合籽晶生长AlN晶体是近年来才出现的技术，它分为两个步骤：首先采用MOCVD技术在SiC籽晶上沉积AlN缓冲层，然后采用PVT法在AlN缓冲层上生长AlN晶体。该技术可以在一定程度上缓解SiC籽晶与AlN沉积层之间的热失配、晶格失配等问题，同样，这种籽晶的也存在着一些不足：例如SiC在高温下会发生分解，同时SiC存在的缺陷会遗传给AlN层，而且这种工艺较为复杂，籽晶的成本较为昂贵。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有采用籽晶制备大尺寸AlN晶体的方法中，AlN籽晶成本高，SiC籽晶高温易分解影响AlN晶体质量的问题，本发明提供了一种用于AlN晶体生长的图形化衬底，本发明的图形化衬底具有低成本、易于制作的特点，利用PVT法在图形化衬底上生长出的AlN晶体具有直径尺寸大，缺陷密度低的优点。

本发明的用于AlN晶体生长的图形化衬底是在衬底上嵌入均匀排布的图形单元，图形单元的形状为正六棱台，边长为a₂的上底面在衬底表面所在的平面上，下底面的边长为a₁，图形单元的高度为c₁，其中，a₁＝n₁a，c₁＝n₁c，a₂＝n₂a₁，a和c为六方AlN晶体的晶胞参数，0＜n₁≤15×10⁷，1＜n₂≤3。

本发明中，n₁的取值包括但不仅限于(0，12×10⁷]区间内的整数，更优地是，n₁取整数。当n₁为整数时，所述的图形单元的下底面的边长a₁和高度为c₁为对应的AlN晶胞参数的整数倍，与n₁为非整数倍时的相比，取整数倍时的图形单元将更有利于控制AlN晶体的生长过程，这表现在：由于在尺寸上的限制，AlN单晶在单位图形处沉积时，更有可能形成若干整数个AlN晶胞，而晶胞也将更有规律地进行排列，这将大大促进AlN的单晶生长率。

本发明的用于AlN晶体生长的图形化衬底按正六边形、菱形和正三角形中一种或者其中几种的组合的方式均匀排布图形单元。