[发明专利]一种同质外延生长氮化铝单晶的坩埚装置

说明书

本发明公开了一种同质外延生长氮化铝单晶的坩埚装置，包括底部用于放置氮化铝籽晶的坩埚本体、设于坩埚本体顶部的坩埚盖、设于坩埚本体中的用于将氮化铝原料固定在氮化铝籽晶上方的固定机构，坩埚装置还包括设于氮化铝原料和氮化铝籽晶之间的导流罩，导流罩沿靠近氮化铝籽晶的方向向下逐渐径向收缩。本发明一种同质外延生长氮化铝单晶的坩埚装置，将用于生长氮化铝单晶的氮化铝籽晶直接放在坩埚底部，将氮化铝原料放在坩埚中上部，倒置原料区和生长区，避免了传统籽晶粘接工艺带来的粘接剂层有气泡、籽晶表面污染等缺点；通过在坩埚本体中设置导流罩，优化了坩埚本体中传质方向，极大的促进了氮化铝籽晶外延生长的速率。

技术领域

本发明涉及一种同质外延生长氮化铝单晶的坩埚装置。

背景技术

氮化铝（AlN）晶体作为第三代半导体的典型材料，具有宽带隙,高电阻率，高热导率，以及高电子漂移速率，同时也具有良好的紫外透过率，高的击穿场强。是制造高温、高频、抗辐射以及大功率器件的理想材料。此外AlN晶体也是作为外延生长GaN、AlGaN等Ⅲ族氮化物的最佳衬底材料，与常见SiC衬底、蓝宝石衬底相比，AlN与GaN的晶格失配、热失配都相对更小。目前AlN晶体的制备方法主要有物理气相传输法（PVT）、氢化物气相外延法（HVPE）、金属有机化合物气相沉积法（MOCVD）等。其中物理气相传输法（PVT）是目前生长大尺寸高质量氮化铝晶体最常用的方法，其基本过程是将氮化铝原料通过在坩埚内加热，使其分解升华，然后再低温区沉积结晶成氮化铝晶体。

法经过不断发展，现今更常采用的是以自发形核获取的晶粒经过切割、化学机械抛光后做成的晶片为籽晶进行同质外延生长。以AlN衬底进行同质外延生长可以有效制备出位错极少，应力小的高质量单晶。现有的生长装置大多是将氮化铝原料放置在坩埚底部，将氮化铝籽晶粘接在坩埚盖处，对坩埚进行加热来生长出氮化铝单晶。

这种生长装置对籽晶的处理要求非常高，籽晶经过处理后的表面损伤层会导致在外延生长时晶体位错增多，籽晶粘接采用的粘接剂所造成的气孔也会在外延生长时传递到生长晶体中，导致晶体出现孔隙或者裂纹，籽晶粘接不当往往是导致同质外延生长失败的主要原因，籽晶粘接的技术已经成为阻碍相关科研单位的技术壁垒。因此如何解决PVT法同质外延生长氮化铝单晶中的籽晶粘接问题成为制约下游氮化铝相关电子器件产业发展的关键因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种同质外延生长氮化铝单晶的坩埚装置，可以有效的避免氮化铝同质外延生长过程中氮化铝籽晶粘接造成的籽晶污染、生长晶体质量差等问题，能够制备出高质量大尺寸的氮化铝单晶。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种同质外延生长氮化铝单晶的坩埚装置，包括底部用于放置氮化铝籽晶的坩埚本体、设于所述坩埚本体顶部的坩埚盖、设于所述坩埚本体中的用于将氮化铝原料固定在所述氮化铝籽晶上方的固定机构，所述坩埚装置还包括设于所述氮化铝原料和所述氮化铝籽晶之间的导流罩，所述导流罩，沿靠近所述氮化铝籽晶的方向向下逐渐径向收缩。

优选地，所述固定机构包括粘接剂，所述氮化铝原料通过所述粘接剂粘合在所述坩埚盖的下表面。

更优选地，所述固定机构包括隔离网，所述氮化铝原料放置在所述隔离网上，所述坩埚本体内设有用于放置所述隔离网的第一台阶。

更进一步优选地，所述隔离网的孔径为0.5-10mm，所述隔离网的厚度为0.1-5mm。

优选地，所述坩埚本体内设有位于所述第一台阶下方的第二台阶，所述导流罩的上端沿其周向设有用于放置在所述第二台阶上的延伸部。

优选地，所述导流罩呈锥角向下的锥形。

更优选地，所述导流罩与所述坩埚本体同轴心线分布，所述氮化铝籽晶位于所述导流罩的轴心线上。