[發(fā)明專利]一種用于氮化鋁單晶生長的多段式坩堝裝置

在審

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• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107723787A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設計）人: 吳亮;王智昊;賀廣東;黃毅;王琦琨
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州奧趨光電技術(shù)有限公司
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B29/38
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 孫仿衛(wèi)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于氮化鋁單晶生長的多段式坩堝裝置。

背景技術(shù)

第三代半導體材料氮化鋁（AlN）禁帶寬度為6.2eV，在紫外/深紫外發(fā)光波段具有獨特優(yōu)勢，是紫外LED最佳襯底材料之一。同時，因其具有較高的擊穿場強、較高的飽和電子漂移速率以及不錯的導熱性、穩(wěn)定性和抗輻射能力，AlN也可滿足高溫/高頻/高功率電子器件的設計要求，在電子、印刷、生物、醫(yī)療、通訊、探測、環(huán)保等領(lǐng)域具有巨大的應用潛力。

幾乎難溶于任何液體，理論計算熔點在2800℃以上，無法通過傳統(tǒng)的溶液法、熔體法獲得。利用AlN粉源材料在1800℃以上發(fā)生升華的特點，可以通過物理氣相傳輸法獲得AlN體材料。此方法以粉源表面與生長界面之間的溫度梯度為驅(qū)動力，使氮蒸汽與鋁蒸汽從高溫區(qū)傳輸至低溫區(qū)，在過飽和狀態(tài)下結(jié)晶得到AlN單晶。

晶體生長通常在封閉或半封閉的坩堝內(nèi)進行，穩(wěn)定、持續(xù)的物質(zhì)流供應是AlN晶體持續(xù)生長的基礎。根據(jù)以往的實驗研究，物理氣相傳輸法生長AlN晶體的生長速率約為0.1mm/h至0.5mm/h，因此充足的長晶時間是制備大尺寸AlN晶體材料的必要條件。受坩堝內(nèi)氮化鋁粉源/氮化鋁燒結(jié)體總質(zhì)量的制約，多數(shù)情況下的長晶實驗無法維持較長的生長周期，只能在原料耗盡前降溫開爐，待補充原料后再重新升溫長晶。然而，額外的開爐過程將引入更多的雜質(zhì)，破壞原有趨于穩(wěn)定的長晶環(huán)境，同時過多的升溫、降溫操作也會加大熱應力對晶體質(zhì)量的影響，工時和成本也隨之增加。此外，在長時間長晶實驗中，還會產(chǎn)生坩堝部件連接處的縫隙易被凝華物質(zhì)覆蓋，降溫過程中坩堝內(nèi)部出現(xiàn)負壓等情況，以上因素均會導致坩堝無法正常開啟或坩堝永久性破壞，以及晶體無法完整取出的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于氮化鋁單晶生長的多段式坩堝裝置，可根據(jù)實際長晶的需要靈活調(diào)整坩堝的高度，保證坩堝內(nèi)部具有充足的填料空間，使坩堝內(nèi)填充不同質(zhì)量的氮化鋁粉源/氮化鋁燒結(jié)體時，均能保證具有相同的溫度梯度，為長時間的長晶過程提供穩(wěn)定、持續(xù)的物質(zhì)流供應。同時，坩堝采用多段式可拆卸結(jié)構(gòu)設計，以保證長時間長晶完成后坩堝的正常開啟、晶體的完整取出及坩堝的重復利用。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種用于氮化鋁單晶生長的多段式坩堝裝置，設于支撐平臺上，包括用于放置氮化鋁粉源或氮化鋁燒結(jié)體的坩堝本體、蓋設于所述坩堝本體頂部的坩堝蓋、至少一個可拆卸的設于所述坩堝本體和所述坩堝蓋之間的坩堝套筒，所述坩堝套筒包括套筒本體、連接在所述套筒本體上端的用于將所述套筒本體固定在所述坩堝蓋上的第一連接部、連接在所述套筒本體下端的用于將所述套筒本體固定在所述坩堝本體上的第二連接部；

當所述坩堝套筒至少有兩個時，上部的所述坩堝套筒的所述第二連接部固定在下部的所述坩堝套筒的所述第一連接部上。

優(yōu)選地，所述第一連接部為第一套筒，所述坩堝蓋下端設有用于配合的套設于所述第一套筒內(nèi)側(cè)周部或外側(cè)周部的第二套筒。

更優(yōu)選地，所述第一套筒的外徑與所述套筒本體的外徑相同，且所述第一套筒的內(nèi)徑大于所述套筒本體的內(nèi)徑。

更優(yōu)選地，所述第一套筒的外徑小于所述套筒本體的外徑，且所述第一套筒的內(nèi)徑與所述套筒本體的內(nèi)徑相同。

優(yōu)選地，所述第二連接部為第三套筒，所述坩堝本體上端設有用于配合的套設于所述第三套筒內(nèi)側(cè)周部或外側(cè)周部的第四套筒。

更優(yōu)選地，所述第三套筒的外徑與所述套筒本體的外徑相同，且所述第三套筒的內(nèi)徑大于所述套筒本體的內(nèi)徑。

更優(yōu)選地，所述第三套筒的外徑小于所述套筒本體的外徑，且所述第三套筒的內(nèi)徑與所述套筒本體的內(nèi)徑相同。

優(yōu)選地，所述多段式坩堝裝置還包括設于所述坩堝本體和所述支撐平臺之間的定位機構(gòu)。

更優(yōu)選地，所述定位機構(gòu)包括設于所述坩堝本體下表面的第一凸起部、設于所述支撐平臺上表面的用于配合所述第一凸起部插入的第一凹陷部。

更優(yōu)選地，所述定位機構(gòu)包括設于所述支撐平臺上表面的第二凸起部、設于所述坩堝本體下表面的用于配合所述第二凸起部插入的第二凹陷部。