[发明专利]一种无需籽晶粘接技术的氮化铝单晶生长装置及方法

权利要求书

1.一种无需籽晶粘接技术的氮化铝单晶生长装置，包括：加热系统、红外测温系统、籽晶、生长坩埚、坩埚隔板和双层嵌套式坩埚；加热系统置于所述生长装置的最外侧，加热系统由感应线圈和石墨构成；加热系统的顶部保温材料厚度大于底部保温材料，使得底部保温性能弱于顶部，温度梯度倒置，坩埚底部与顶部具有温度差；坩埚置于保温材料内，坩埚底部正中设有下开口；红外测温系统通过下开口进行红外测温；在坩埚的底部放置籽晶；坩埚隔板的中间设有一个大圆孔，在坩埚隔板上均匀分布多个小圆孔；双层嵌套式坩埚竖直放置在坩埚隔板的上侧，包括内层坩埚和外层坩埚；内层坩埚只有侧壁，中空无底；内层坩埚的侧壁与外层坩埚的壁的高度保持相同；内层坩埚的侧壁与外层坩埚的侧壁之间填充高纯氮化铝粉；内层坩埚的直径为20mm-75mm；内层坩埚壁与外层坩埚壁的高度为35mm-195mm；内层坩埚壁与外层坩埚壁之间的距离为20mm-60mm。

2.如权利要求1所述无需籽晶粘接技术的氮化铝单晶生长装置，其特征是，加热系统的加热方式包括感应加热或电阻加热。

3.如权利要求1所述无需籽晶粘接技术的氮化铝单晶生长装置，其特征是，加热系统中，感应线圈通入电流对石墨加热的方式进行加热。

4.如权利要求1所述无需籽晶粘接技术的氮化铝单晶生长装置，其特征是，坩埚选取碳化钽粉烧结的碳化钽陶瓷坩埚、金属钽表面碳化的钽坩埚或钨坩埚；坩埚的材料为碳化钽、钽、氮化硼或钨。

5.如权利要求1所述无需籽晶粘接技术的氮化铝单晶生长装置，其特征是，坩埚的底部正中设有开口的直径在5mm-10mm之间；坩埚的直径为50mm-150mm；坩埚的高度为70mm-300mm。

6.一种利用权利要求1～5任一项所述无需籽晶粘接技术的氮化铝单晶生长装置制备氮化铝单晶的方法，包括如下步骤：

1)利用加热系统进行加热至高温；

2)高温使在双层嵌套式坩埚中的高纯氮化铝粉升华汽华，形成氮化铝气体；氮化铝气体沿双层嵌套式坩埚的坩埚壁向上运动到达双层嵌套式坩埚的顶部；

3)坩埚顶部和底部的保温系统存有温度差，坩埚隔板与坩埚底部之间也有温度差，坩埚中出现温度梯度，籽晶所在部分为低温区，坩埚顶部为高温区；

4)在温度梯度的作用下，源气体从坩埚顶部沿温度梯度方向同时从双层嵌套坩埚中内层坩埚的外壁及外层坩埚的内壁向下运动；

5)当源气体到达坩埚底部的籽晶表面时，源气体凝华为氮化铝单晶固体；

由此制备得到氮化铝单晶。

7.如权利要求6所述制备氮化铝单晶的方法，其特征是，步骤3)中，坩埚顶部和底部的保温系统温度差为50-500℃左右，坩埚隔板与坩埚底部之间的温度差为40-200℃左右。