[發(fā)明專利]一種同質(zhì)外延生長氮化鋁單晶的坩堝裝置

在審

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• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108396375A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳亮;賀廣東;雷丹;黃嘉麗;王智昊;王琦琨;龔加瑋;黃毅
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州奧趨光電技術(shù)有限公司
• 主分類號: C30B23/02
• 分類號: C30B23/02;C30B29/40
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 孫仿衛(wèi);劉鑫

本發(fā)明公開了一種同質(zhì)外延生長氮化鋁單晶的坩堝裝置，包括底部用于放置氮化鋁籽晶的坩堝本體、設(shè)于坩堝本體頂部的坩堝蓋、設(shè)于坩堝本體中的用于將氮化鋁原料固定在氮化鋁籽晶上方的固定機構(gòu)，坩堝裝置還包括設(shè)于氮化鋁原料和氮化鋁籽晶之間的導(dǎo)流罩，導(dǎo)流罩沿靠近氮化鋁籽晶的方向向下逐漸徑向收縮。本發(fā)明一種同質(zhì)外延生長氮化鋁單晶的坩堝裝置，將用于生長氮化鋁單晶的氮化鋁籽晶直接放在坩堝底部，將氮化鋁原料放在坩堝中上部，倒置原料區(qū)和生長區(qū)，避免了傳統(tǒng)籽晶粘接工藝帶來的粘接劑層有氣泡、籽晶表面污染等缺點；通過在坩堝本體中設(shè)置導(dǎo)流罩，優(yōu)化了坩堝本體中傳質(zhì)方向，極大的促進了氮化鋁籽晶外延生長的速率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種同質(zhì)外延生長氮化鋁單晶的坩堝裝置。

背景技術(shù)

氮化鋁（AlN）晶體作為第三代半導(dǎo)體的典型材料，具有寬帶隙,高電阻率，高熱導(dǎo)率，以及高電子漂移速率，同時也具有良好的紫外透過率，高的擊穿場強。是制造高溫、高頻、抗輻射以及大功率器件的理想材料。此外AlN晶體也是作為外延生長GaN、AlGaN等Ⅲ族氮化物的最佳襯底材料，與常見SiC襯底、藍寶石襯底相比，AlN與GaN的晶格失配、熱失配都相對更小。目前AlN晶體的制備方法主要有物理氣相傳輸法（PVT）、氫化物氣相外延法（HVPE）、金屬有機化合物氣相沉積法（MOCVD）等。其中物理氣相傳輸法（PVT）是目前生長大尺寸高質(zhì)量氮化鋁晶體最常用的方法，其基本過程是將氮化鋁原料通過在坩堝內(nèi)加熱，使其分解升華，然后再低溫區(qū)沉積結(jié)晶成氮化鋁晶體。

法經(jīng)過不斷發(fā)展，現(xiàn)今更常采用的是以自發(fā)形核獲取的晶粒經(jīng)過切割、化學(xué)機械拋光后做成的晶片為籽晶進行同質(zhì)外延生長。以AlN襯底進行同質(zhì)外延生長可以有效制備出位錯極少，應(yīng)力小的高質(zhì)量單晶。現(xiàn)有的生長裝置大多是將氮化鋁原料放置在坩堝底部，將氮化鋁籽晶粘接在坩堝蓋處，對坩堝進行加熱來生長出氮化鋁單晶。

這種生長裝置對籽晶的處理要求非常高，籽晶經(jīng)過處理后的表面損傷層會導(dǎo)致在外延生長時晶體位錯增多，籽晶粘接采用的粘接劑所造成的氣孔也會在外延生長時傳遞到生長晶體中，導(dǎo)致晶體出現(xiàn)孔隙或者裂紋，籽晶粘接不當(dāng)往往是導(dǎo)致同質(zhì)外延生長失敗的主要原因，籽晶粘接的技術(shù)已經(jīng)成為阻礙相關(guān)科研單位的技術(shù)壁壘。因此如何解決PVT法同質(zhì)外延生長氮化鋁單晶中的籽晶粘接問題成為制約下游氮化鋁相關(guān)電子器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種同質(zhì)外延生長氮化鋁單晶的坩堝裝置，可以有效的避免氮化鋁同質(zhì)外延生長過程中氮化鋁籽晶粘接造成的籽晶污染、生長晶體質(zhì)量差等問題，能夠制備出高質(zhì)量大尺寸的氮化鋁單晶。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種同質(zhì)外延生長氮化鋁單晶的坩堝裝置，包括底部用于放置氮化鋁籽晶的坩堝本體、設(shè)于所述坩堝本體頂部的坩堝蓋、設(shè)于所述坩堝本體中的用于將氮化鋁原料固定在所述氮化鋁籽晶上方的固定機構(gòu)，所述坩堝裝置還包括設(shè)于所述氮化鋁原料和所述氮化鋁籽晶之間的導(dǎo)流罩，所述導(dǎo)流罩，沿靠近所述氮化鋁籽晶的方向向下逐漸徑向收縮。

優(yōu)選地，所述固定機構(gòu)包括粘接劑，所述氮化鋁原料通過所述粘接劑粘合在所述坩堝蓋的下表面。

更優(yōu)選地，所述固定機構(gòu)包括隔離網(wǎng)，所述氮化鋁原料放置在所述隔離網(wǎng)上，所述坩堝本體內(nèi)設(shè)有用于放置所述隔離網(wǎng)的第一臺階。

更進一步優(yōu)選地，所述隔離網(wǎng)的孔徑為0.5-10mm，所述隔離網(wǎng)的厚度為0.1-5mm。

優(yōu)選地，所述坩堝本體內(nèi)設(shè)有位于所述第一臺階下方的第二臺階，所述導(dǎo)流罩的上端沿其周向設(shè)有用于放置在所述第二臺階上的延伸部。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)流罩呈錐角向下的錐形。

更優(yōu)選地，所述導(dǎo)流罩與所述坩堝本體同軸心線分布，所述氮化鋁籽晶位于所述導(dǎo)流罩的軸心線上。