[發明專利]一種氮化鋁晶體生長用同質襯底制備及擴徑生長方法

在審

• 申請號: 201711454088.4
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108085745A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 程章勇;楊麗雯;劉欣宇;楊雷雷
• 申請（專利權）人: 北京華進創威電子有限公司
• 主分類號: C30B29/40
• 分類號: C30B29/40;C30B23/02
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司 11003
• 代理人: 張宇鋒

本發明公開了一種氮化鋁晶體生長用同質襯底制備及擴徑生長方法，該方法方法主要包括有：元晶制備、襯底制備、晶體生長等步驟。本申請的方法不單克服氮化鋁晶體生長過程中沒有同質襯底的關鍵問題，還可以使用金屬加熱器?保溫結構進行制備高質量氮化鋁單晶材料；同樣的，采用該發明方案，還可以將氮化鋁單晶尺寸有效擴大，故該方法也是氮化鋁晶體生長中擴徑生長的一項重要技術方法。

技術領域

本發明涉及氮化鋁晶體生長用襯底的制造、氮化鋁晶體生長的擴徑領域，具體涉及一種氮化鋁晶體生長用同質襯底制備及擴徑生長方法。

背景技術

氮化鋁晶體材料是重要的光電半導體材料之一，是制備深紫外高性能器件不可或缺的晶體材料；隨著半導體材料的迅速發展和應用的緊迫性，國家對氮化鋁晶體材料的研發也加大了投入，與氮化鋁晶體材料相關的科研單位也呈遞增趨勢。

氮化鋁晶體材料在原自然界中是沒有的，它完全是一種人工合成的晶體材料。盡管與碳化硅同屬密排六方纖鋅礦結構晶體材料，其主流的生長方法也同為物理氣相沉積法，但氮化鋁晶體的生長難度要遠大于碳化硅晶體材料；其制備成本也比碳化硅晶體材料的成本要昂貴。這也是在現有的市場上沒有大尺寸氮化鋁晶體材料銷售的一個重要原因。

盡管市場上有小尺寸氮化鋁晶體材料供應，其尺寸大小約5*5mm，限于其生長工藝以及該類晶體材料獨有的本征特性，截至目前，尚沒有獲悉到關于突破10*10mm的氮化鋁單晶材料在市場上銷售的訊息。所以，大尺寸氮化鋁單晶襯底是目前氮化鋁晶體生長亟需解決的關鍵問題。為了滿足氮化鋁自繁衍生長需求，通過制備氮化鋁同質生長用襯底可以快速生長大尺寸氮化鋁晶體。

發明內容

基于氮化鋁晶體生長時采用無襯底自成核生長過程中不易晶形控制，在晶體生長到最終階段得到的是一個多晶錠；而采用異質模板生長不僅容易在生長過程中因襯底晶體與氮化鋁晶體的溫度、壓力差異而引起的模板失效，更容易引入異類原子雜質從而導致生長成共晶化合物，降低晶體質量；當異質襯底為碳化硅籽晶時，使用金屬加熱器-保溫結構還容易造成爐子嚴重污染甚至于失效。基于生長大尺寸氮化鋁晶體材料一直是氮化鋁發展的瓶頸因素，目前國內尚無具備可以生長具有大尺寸氮化鋁同質襯底的技術方案，一直停滯在小晶體尺寸技術攻關層面。

針對上述生長氮化鋁晶體材料的系列問題，本發明提供了一種氮化鋁晶體生長用同質襯底制備及擴徑生長方法，由此不單克服氮化鋁晶體生長過程中沒有同質襯底的關鍵問題，還可以使用金屬加熱器-保溫結構進行制備高質量氮化鋁單晶材料；同樣的，采用該發明方案，還可以將氮化鋁單晶尺寸有效擴大，故該方法也是氮化鋁晶體生長中擴徑生長的一項重要技術方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種氮化鋁晶體生長用同質襯底制備及擴徑生長方法，所述方法包括如下步驟：

1)元晶制備：利用物理氣相沉積生長氮化鋁晶體，并對其進行加工，制備成等距圓柱形結構元晶，其中氮化鋁元晶端面為{0001}晶面族；

2)襯底制備：在潔凈的籽晶托上用氮化鋁專用粘結劑有序粘結元晶，依據元晶粘結規劃逐順序將直徑不同的元晶均勻地粘結在籽晶托上，形成雛形襯底；再將雛形襯底進行燒結固化；然后進行晶向偏差測算，確定各元晶的晶向偏差合理后再將晶體進行epi-ready加工；

3)晶體生長：將氮化鋁襯底模板與氮化鋁生長料源置于同一坩堝內，先使氮化鋁襯底模板處于高溫位，對氮化鋁襯底進行高溫預處理；通過爐子的提拉結構調整襯底與料源的位置關系，實現料源處于高溫位，襯底位于沉積生長位進行氮化鋁晶體生長。

進一步，步驟1)中元晶制備的方法具體為：利用物理氣相沉積生長氮化鋁單晶體，將氮化鋁柱狀晶體按垂直于(0001)晶向方向進行等距切割，制備端面為{0001}晶面組的圓柱旋轉體元晶，并對各端面標記(0001)與(000-1)面；并按元晶直徑的差異分為不同等級。