[发明专利]一种高产量氮化铝单晶的液相生长结构及生长方法

说明书

本发明提供了一种高产量氮化铝单晶的液相生长结构及生长方法，包括碳化钽坩埚、通气管、石墨棒以及碳化钽墨盖；碳化钽坩埚上宽下窄的圆台结构，圆台结构底面放置有Al面朝上的氮化铝籽晶，通过特殊粘接工艺粘接在了该圆台上；石墨棒的底部粘结有氮化铝籽晶；碳化钽盖加盖在碳化钽坩埚的顶部，通气管穿过碳化钽盖伸入碳化钽坩埚内，石墨棒固定在炉腔的上提拉结构上并伸入碳化钽坩埚内。本发明中使用顶部籽晶加底部籽晶双籽晶的方法，本发明3段独立加热器，将高温位置放在坩埚中段，使得料源分别在顶部和底部籽晶上开始结晶。

技术领域

本发明涉及氮化铝晶体生长领域，尤其是涉及一种高产量氮化铝单晶的液相生长结构及生长方法。

背景技术

氮化铝单晶是具有较大禁带宽度(6.2eV)的单晶，具有较高的热传导率，多用于深紫外领域。目前，生长氮化铝单晶多用PVT方法，但是该方法存在如下缺陷：(1)氮化铝单晶扩径困难；(2)受限于料源供给和坩埚设计，单次生长只能获得一块晶体，且厚度较低，成本高；(3)晶体界面难以控制，气象生长要求氮化铝在小梯度近稳态的生长模式下进行，界面形状可能受到气态流体的影响。(4)气象热场难以达到近稳态生长生长环境，造成氮化铝晶体极易开裂

氮化铝液相法生长具有如下特点：(1)通过调整籽晶与液面接触的弧形区域高低，可调整晶体扩径的张角，从而实现扩径的需求；(2)相对气象，可以同时满足双籽晶近稳态生长；(3)生长料源供给充足，纯度可控，可满足长时间晶体生长的需求。

本发明中使用顶部籽晶加底部籽晶双籽晶的方法，将高温位置放在坩埚中段，使得料源分别在顶部和底部籽晶上开始结晶。顶部采用液相提拉的方式，底部由于特殊的张角设计，可使得底部晶体进行约束性生长，从而实现扩径，氮气通过高温裂解后被通入溶液中，实现了料源可控的晶体生长。晶体生长完成后，通过控制压力使得高活性Al液快速完全挥发(氮化铝对10000Pa以上的压力变化不敏感)，为后续取坩埚底部的晶体创造便利的条件。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明提出了一种高产量氮化铝单晶的液相生长结构及生长方法，该方法通过液相生长的环境中在液面处及坩埚底部各粘接了一片籽晶，并在分段加热器的控制下，可以稳定的控制溶体内的温度梯度，该反应效率较高、可控性强，产率高，一次生长可同时生长2个单晶锭。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种高产量氮化铝单晶的液相生长结构，包括碳化钽坩埚、通气管、石墨棒以及碳化钽盖；其中，所述碳化钽坩埚为上宽下窄的圆台结构，所述圆台结构上放置有Al面朝上的氮化铝籽晶，该籽晶通过特殊工艺粘接在坩埚底部，粘接面为N面；所述石墨棒的底部粘结有氮化铝籽晶，且粘接面为N面；所述碳化钽盖加盖在碳化钽坩埚的顶部，所述通气管穿过碳化钽盖伸入碳化钽坩埚内，石墨棒固定在炉腔的上提拉结构上并伸入碳化钽坩埚内；

所述碳化钽坩埚放置在石墨发热筒内，二者之间的径向的间隙为2-3mm，所述石墨发热筒的外表面缠有石墨毡保温层；

所述石墨毡保温层的外围周向从上至下依次设置有上加热器、中加热器以及下加热器。

一种生长氮化铝的方法，包括如下步骤：

S1：将所述碳化钽坩埚放入石墨发热筒，将碳化钽坩埚底部粘接上氮化铝籽晶，籽晶粘接面是N面，在上方放入高纯铝粉，使得铝粉均匀的把氮化铝籽晶没过；

S2：在所述石墨棒上粘接氮化铝籽晶，粘接面也是N面，装载在炉腔的上提拉结构上；