[发明专利]一种氮化铝晶体生长用同质衬底制备及扩径生长方法

说明书

本发明公开了一种氮化铝晶体生长用同质衬底制备及扩径生长方法，该方法方法主要包括有：元晶制备、衬底制备、晶体生长等步骤。本申请的方法不单克服氮化铝晶体生长过程中没有同质衬底的关键问题，还可以使用金属加热器‑保温结构进行制备高质量氮化铝单晶材料；同样的，采用该发明方案，还可以将氮化铝单晶尺寸有效扩大，故该方法也是氮化铝晶体生长中扩径生长的一项重要技术方法。

技术领域

本发明涉及氮化铝晶体生长用衬底的制造、氮化铝晶体生长的扩径领域，具体涉及一种氮化铝晶体生长用同质衬底制备及扩径生长方法。

背景技术

氮化铝晶体材料是重要的光电半导体材料之一，是制备深紫外高性能器件不可或缺的晶体材料；随着半导体材料的迅速发展和应用的紧迫性，国家对氮化铝晶体材料的研发也加大了投入，与氮化铝晶体材料相关的科研单位也呈递增趋势。

氮化铝晶体材料在原自然界中是没有的，它完全是一种人工合成的晶体材料。尽管与碳化硅同属密排六方纤锌矿结构晶体材料，其主流的生长方法也同为物理气相沉积法，但氮化铝晶体的生长难度要远大于碳化硅晶体材料；其制备成本也比碳化硅晶体材料的成本要昂贵。这也是在现有的市场上没有大尺寸氮化铝晶体材料销售的一个重要原因。

尽管市场上有小尺寸氮化铝晶体材料供应，其尺寸大小约5*5mm，限于其生长工艺以及该类晶体材料独有的本征特性，截至目前，尚没有获悉到关于突破10*10mm的氮化铝单晶材料在市场上销售的讯息。所以，大尺寸氮化铝单晶衬底是目前氮化铝晶体生长亟需解决的关键问题。为了满足氮化铝自繁衍生长需求，通过制备氮化铝同质生长用衬底可以快速生长大尺寸氮化铝晶体。

发明内容

基于氮化铝晶体生长时采用无衬底自成核生长过程中不易晶形控制，在晶体生长到最终阶段得到的是一个多晶锭；而采用异质模板生长不仅容易在生长过程中因衬底晶体与氮化铝晶体的温度、压力差异而引起的模板失效，更容易引入异类原子杂质从而导致生长成共晶化合物，降低晶体质量；当异质衬底为碳化硅籽晶时，使用金属加热器-保温结构还容易造成炉子严重污染甚至于失效。基于生长大尺寸氮化铝晶体材料一直是氮化铝发展的瓶颈因素，目前国内尚无具备可以生长具有大尺寸氮化铝同质衬底的技术方案，一直停滞在小晶体尺寸技术攻关层面。

针对上述生长氮化铝晶体材料的系列问题，本发明提供了一种氮化铝晶体生长用同质衬底制备及扩径生长方法，由此不单克服氮化铝晶体生长过程中没有同质衬底的关键问题，还可以使用金属加热器-保温结构进行制备高质量氮化铝单晶材料；同样的，采用该发明方案，还可以将氮化铝单晶尺寸有效扩大，故该方法也是氮化铝晶体生长中扩径生长的一项重要技术方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种氮化铝晶体生长用同质衬底制备及扩径生长方法，所述方法包括如下步骤：

1)元晶制备：利用物理气相沉积生长氮化铝晶体，并对其进行加工，制备成等距圆柱形结构元晶，其中氮化铝元晶端面为{0001}晶面族；

2)衬底制备：在洁净的籽晶托上用氮化铝专用粘结剂有序粘结元晶，依据元晶粘结规划逐顺序将直径不同的元晶均匀地粘结在籽晶托上，形成雏形衬底；再将雏形衬底进行烧结固化；然后进行晶向偏差测算，确定各元晶的晶向偏差合理后再将晶体进行epi-ready加工；

3)晶体生长：将氮化铝衬底模板与氮化铝生长料源置于同一坩埚内，先使氮化铝衬底模板处于高温位，对氮化铝衬底进行高温预处理；通过炉子的提拉结构调整衬底与料源的位置关系，实现料源处于高温位，衬底位于沉积生长位进行氮化铝晶体生长。

进一步，步骤1)中元晶制备的方法具体为：利用物理气相沉积生长氮化铝单晶体，将氮化铝柱状晶体按垂直于(0001)晶向方向进行等距切割，制备端面为{0001}晶面组的圆柱旋转体元晶，并对各端面标记(0001)与(000-1)面；并按元晶直径的差异分为不同等级。