[發(fā)明專利]一種用于電阻法氮化鋁晶體生長爐的熱場及其裝配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010094944.5
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111188091B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張雷;俞嬌仙;劉光霞;陳成敏;趙剛
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: C30B29/40
• 分類號: C30B29/40;C30B23/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 趙龍群

本發(fā)明涉及一種用于電阻法氮化鋁晶體生長爐的熱場及其裝配方法，屬于人工晶體生長技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括最外層的金屬筒、位于金屬筒內(nèi)的側(cè)隔熱外屏、側(cè)隔熱內(nèi)屏、下隔熱屏和中隔熱屏，以及位于中隔熱屏上方的上隔熱屏，其中，側(cè)隔熱外屏為呈環(huán)形筒狀的氧化鋯保溫層；金屬筒由筒體和底部圓環(huán)焊接而成，底部圓環(huán)的中部通孔處設(shè)置有坩堝支架，坩堝支架上放置有坩堝，側(cè)隔熱內(nèi)屏與坩堝之間懸掛有網(wǎng)狀加熱器。該熱場簡單、成本低，并且可以大大降低引入的雜質(zhì)，從而獲得具有深紫外透過率的AlN晶體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于電阻法氮化鋁晶體生長爐的熱場及其裝配方法，屬于人工晶體生長技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

以碳化硅(SiC)，氮化鎵(GaN)，氮化鋁(AlN)為代表的第三代半導(dǎo)體寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度寬，擊穿電場高，熱導(dǎo)率高，電子飽和速率高以及抗輻射能力高等優(yōu)點。與GaN和SiC相比，AlN晶體具有其更特殊的性能：(1)具有非常寬的直接帶隙(禁帶寬度6.2eV)是重要的藍光和深紫外發(fā)光材料；(2)其熱導(dǎo)率高，熔點高，電阻率高，擊穿場強大，介電系數(shù)小，是優(yōu)異的高溫、高頻和大功率器件用電子材料；(3)并且AlN具有非常好的壓電和聲表面波高速傳播性能，是優(yōu)異的聲表面波器件用壓電材料。因此AlN晶體材料具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，物理氣相傳輸法(PVT)是生長AlN體塊晶體普遍采用的方法，但是該方法生長條件要求非常苛刻，需要在2100-2300℃溫度下長時間生長，對溫場穩(wěn)定性要求非常高。目前PVT生長AlN晶體采用的感應(yīng)加熱方式普遍采用的是石墨保溫，因此很容易使AlN晶體在生長過程中引入碳、氧等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)一方面很容易導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生，另一方面碳、氧等雜質(zhì)引起的點缺陷會補償本征缺陷從而導(dǎo)致額外的光學(xué)躍遷，從而影響AlN晶體的深紫外透過率。并且石墨保溫長時間生長后就會失效，需要多次更換，成本也比較高。

中國專利文獻CN106149057A公開了一種溫度場可控的AlN晶體生長裝置及工藝，該生長裝置由頂加熱器、中加熱器、底加熱器等組成，裝置根據(jù)三個紅外測溫儀返回的三個不同位置的溫度信號，進行頂加熱器、中加熱器和底加熱器加熱功率的溫控調(diào)節(jié)。該生長裝置雖然未采用石墨保溫，但是溫度控制系統(tǒng)復(fù)雜，并且熱場中的鎢、鉬材料的保溫和零部件在高溫下很容易損耗，使用壽命短，從而導(dǎo)致生長成本增加，因此不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有生長AlN晶體的感應(yīng)加熱方式采用的石墨保溫容易引入雜質(zhì)以及成本較高等問題，本發(fā)明提供了一種用于電阻法氮化鋁(AlN)晶體生長爐的熱場及其裝配方法，該熱場簡單、成本低，并且可以大大降低引入的雜質(zhì)，從而獲得具有深紫外透過率的AlN晶體。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供一種用于電阻法氮化鋁晶體生長爐的熱場，包括最外層的金屬筒、位于金屬筒內(nèi)的側(cè)隔熱外屏、側(cè)隔熱內(nèi)屏、下隔熱屏和中隔熱屏，以及位于中隔熱屏上方的上隔熱屏，其中，所述側(cè)隔熱外屏為呈環(huán)形筒狀的氧化鋯保溫層；

所述金屬筒由筒體和底部圓環(huán)焊接而成，底部圓環(huán)的中部通孔處設(shè)置有坩堝支架，坩堝支架上放置有坩堝，所述側(cè)隔熱內(nèi)屏與坩堝之間懸掛有網(wǎng)狀加熱器，此處網(wǎng)狀加熱器的高度一般低于上隔熱屏。

優(yōu)選的，所述金屬筒的筒體和底部圓環(huán)的材質(zhì)均為不銹鋼，底部圓環(huán)的中部通孔與坩堝支架的直徑相匹配。該金屬筒起盛放熱場的作用，坩堝支架放置在中部通孔內(nèi)，方便整個外部溫場取出而不用移動坩堝支架。

優(yōu)選的，所述側(cè)隔熱外屏由上下多個保溫筒體構(gòu)成，每個保溫筒體由若干塊弧形的氧化鋯保溫磚拼接而成，相鄰氧化鋯保溫磚之間通過定位凹槽和凸起配合拼接，當單個氧化鋯保溫磚損壞時，可單獨進行更換；

多個保溫筒體之間錯縫連接，直到形成所需高度，上下保溫筒體之間可適當粘結(jié)固定以增強穩(wěn)定性，也可不粘結(jié)固定，當不粘結(jié)固定時，多個保溫筒體之間依次放置組合即可，若單個保溫筒體損壞，該保溫筒體可以進行整體更換，或者，更換其中的某個損壞的氧化鋯保溫磚即可。