[发明专利]一种物理气相传输法制备Al1

权利要求书

1.一种物理气相传输法制备铝钪氮晶体的方法，其特征在于，所述铝钪氮晶体化学表达式为Al_1-xSc_xN，所述Al_1-xSc_xN中Sc的含量能达到50at%，所述方法包括以下步骤：

1）准备衬底及原料；

2）将衬底及原料放入坩埚，将坩埚置于密闭的高温炉中，原料置于高温区，衬底置于低温区；其中所述原料为AlN材料或者Al材料与至少含有Sc的材料的混合体；

3）向炉体中通入高纯氮气至0.1-10Kpa，同时将所述坩埚底部加热至1000-1200℃，保温1-20小时；

4）继续向炉体中通入氮气，将炉体中的气压升至30-100Kpa，同时将所述坩埚底部加热至1900-2200℃，并保温一段时间进行所述Al_1-xSc_xN晶体的生长，至Al_1-xSc_xN晶体达到所需厚度；其中，所述保温的工艺中，通过调节热场，控制生长室中径向和轴向的温差，使得生长室内轴向和径向的热场分布在原料区形成凸形温场、在衬底区形成凹形温场；且在晶体生长面形成Al和Sc低过饱和度的分布，形成二维层状生长模式，Al_1-xSc_xN在生长面缓慢沉积；

5）降温至室温，从坩埚内取出制备完成的Al_1-xSc_xN晶体。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中，所述衬底的材料为硅、锗或钨衬底材料，或者是氧化锌、蓝宝石、碳化硅、氮化镓、氮化铝、砷化镓、磷化铟、铌酸锂或钽酸锂化合物。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述衬底材料包括含任意取向晶体组成的多晶，或固定取向的单晶。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中，所述原料包括下面材料组合中的一种或几种：

AlN粉与ScN粉或Sc金属混合的材料组合、AlN烧结体与ScN粉或Sc金属混合的材料组合、AlN多晶或Al金属与AlSc合金混合的材料组合。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1）中准备的原料中Sc的含量根据所述Al_1-xSc_xN晶体中Sc的含量值确定。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Al_1-xSc_xN晶体中Sc的含量能达到30-43at%。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）中，所述坩埚由钨、碳化钽、碳化钨、钽、氮化钽或碳化锆材料制成。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4）中所述在晶体生长面形成气相Al和Sc低过饱和度的分布，其中所述气相Al和Sc低过饱和度低于0.06 。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤5）中的保温时间根据所述Al_1-xSc_xN晶体的目标厚度确定；所述Al_1-xSc_xN晶体的厚度能够达到1mm以上。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述Al_1-xSc_xN晶体的氧含量低，杂质总含量小于100ppm，纯度大于99.95%，（0002）摇摆曲线半高宽小于1°。