[发明专利]一种提高氮化铝长晶原料纯度的装置及方法

说明书

本发明属于半导体材料技术领域，具体为一种提高氮化铝长晶原料纯度的装置及方法，是针对现有装置在使用过程中碳元素进入到长晶区内影响单晶生长的缺陷所提出，其装置包括钽坩埚和盖在钽坩埚上的第一钽圆片，钽坩埚内设碳化钽坩埚，且碳化钽坩埚的外壁与钽坩埚的内壁为间隙配合，在碳化钽坩埚的顶端盖有碳化钽片，并形成氮化铝原料腔室；在钽坩埚的内壁上部加工有阶梯状台肩，阶梯状台肩位于碳化钽片上方，在阶梯状台肩由上至下的台肩上分别设置有第二钽圆片和氮化铝陶瓷圆片，第一钽圆片、第二钽圆片与钽坩埚共同围合形成钽粉颗粒腔室；第二钽圆片、氮化铝陶瓷圆片与钽坩埚共同围合形成氮化铝粉料腔室。本发明通过吸附碳组分来提升长晶的质量。

技术领域：

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种提高氮化铝长晶原料纯度的装置及方法。

背景技术：

氮化铝属于第三代半导体材料，它具有高禁带宽度、高热导率、高电子漂移速率、高化学稳定性等特点。由于其具有良好的物理性能，所以在高温、高频、高功率器件和深紫外光电子器件等方面均具有广阔的应用前景。目前，生长氮化铝单晶晶体所用的坩埚一般选用钨坩埚或者钽坩埚。钽坩埚通常与石墨坩埚、石墨硬毡等配合使用，在感应加热式长晶炉内进行单晶生长试验。在使用钽坩埚前，首先需要将制备的钽坩埚和钽片高温碳化，制得碳化钽坩埚和碳化钽片再投入使用，才能满足氮化铝单晶晶体实验的要求。而在氮化铝长晶实验的过程中，碳化钽坩埚中经常会进入一部分碳元素，这些碳是在高温加热时，从碳化钽坩埚外的石墨坩埚、石墨保温材料中通过碳化钽片和碳化钽坩埚的缝隙进入碳化钽坩埚的，其不但会吸附在氮化铝原料中，影响原料的纯度，还会随着高温气态组分到达碳化钽片的位置，混入形成的多晶沉积物或者单晶生长得到的晶体中，影响实验得到的结果。

发明内容：

本发明为克服现有装置在使用过程中会导致碳元素进入到碳化钽坩埚内影响单晶生长的缺陷，提供了一种提高氮化铝长晶原料纯度的装置及方法，该装置可有效隔绝碳化钽坩埚中碳的进入，从而提高氮化铝原料的纯度。

本发明采用的技术方案在于：一种提高氮化铝长晶原料纯度的装置，包括：钽坩埚和盖合在钽坩埚顶部的第一钽圆片，在钽坩埚内设有碳化钽坩埚，且碳化钽坩埚的外壁与钽坩埚的内壁为间隙配合，在碳化钽坩埚的顶端盖合有碳化钽片，并形成氮化铝原料腔室；在钽坩埚的内壁上部加工有阶梯状台肩，且阶梯状台肩位于碳化钽片上方，在阶梯状台肩由上至下的台肩上分别设置有第二钽圆片和氮化铝陶瓷圆片，所述第一钽圆片、第二钽圆片与钽坩埚共同围合形成钽粉颗粒腔室；第二钽圆片、氮化铝陶瓷圆片与钽坩埚共同围合形成氮化铝粉料腔室。

优选地，所述每级阶梯的高度相同。

优选地，所述碳化钽片与碳化钽坩埚的外径相同，第一钽圆片与钽坩埚的外径相同。

优选地，所述第二钽圆片和氮化铝陶瓷圆片分别与钽坩埚内壁间隙配合。

一种提高氮化铝长晶原料纯度的方法，采用上述装置进行制备，具体制备过程如下：

步骤1：将碳化钽坩埚放入钽坩埚中，然后在碳化钽坩埚中放入氮化铝原料，再将粘有氮化铝籽晶的碳化钽片放置在碳化钽坩埚上；

步骤2：将氮化铝陶瓷圆片放置在位于钽坩埚内壁最下方的台肩上，然后在氮化铝陶瓷圆片的上方装入氮化铝粉料，并将粉料刮平，堆至上一级台肩处，再将第二钽圆片放置在上一级台肩上，在第二钽圆片上方装入钽粉颗粒，并以同样方法将钽粉颗粒堆至钽坩埚的顶部开口处，将第一钽圆片盖合在钽坩埚开口上；

步骤3：在钽坩埚整体外侧由内至外依次包裹石墨坩埚和石墨保温结构，并整体放入感应加热炉内；

步骤4：将感应加热炉内的真空度抽至10^-3Pa等级后，打开功率开关开始加热，在1.5h内将温度加热至1200℃，并保温30min；