[發(fā)明專(zhuān)利]一種液相生長(zhǎng)氮化鋁的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111493851.0
• 申請(qǐng)日: 2021-12-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114164493A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊麗雯;程章勇;張?jiān)苽?/a>;何麗娟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京世紀(jì)金光半導(dǎo)體有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C30B29/40
• 分類(lèi)號(hào): C30B29/40;C30B19/06
• 代理公司: 北京邦創(chuàng)至誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11717
• 代理人: 張宇鋒

本發(fā)明提供了一種液相生長(zhǎng)氮化鋁的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)方法，包括底部帶有氮化鋁籽晶的石墨棒、碳化鉭多孔過(guò)濾網(wǎng)以及碳化鉭坩堝和碳化鈦坩堝構(gòu)成的復(fù)合嵌套坩堝；其中，所述復(fù)合嵌套坩堝放置在石墨發(fā)熱坩堝中；所述碳化鉭坩堝嵌套在所述碳化鈦坩堝內(nèi)，二者嵌套空隙中填入氮化鋁料源；所述碳化鉭多孔過(guò)濾網(wǎng)包括蓋板和焊接下沉過(guò)濾網(wǎng)，二者之間通過(guò)多條碳化鉭支撐柱連接，所述蓋板上設(shè)置有供所述石墨棒通過(guò)的圓孔。本發(fā)明通過(guò)在坩堝夾層中加熱氮化鋁粉末并通過(guò)籽晶軸中心通入高溫裂解氮，使得籽晶在近液面進(jìn)行生長(zhǎng)；生長(zhǎng)過(guò)程中變換高溫位置和生長(zhǎng)氣氛生長(zhǎng)高質(zhì)量氮化鋁單晶；從而解決了高溫下高速生長(zhǎng)帶來(lái)的多型、雜晶、液相包裹物等問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氮化鋁晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域，尤其是涉及一種液相生長(zhǎng)氮化鋁的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)方法，用于解決高溫下高速生長(zhǎng)帶來(lái)的多型、雜晶、液相包裹物等問(wèn)題。作為物理氣象傳輸法(PVT)法的取代方法生長(zhǎng)大尺寸高質(zhì)量氮化鋁單晶。

背景技術(shù)

氮化鋁的禁帶寬度較大，高達(dá)6.2Ev；并且，其熱傳導(dǎo)率高，作為深紫外器件和電子器件襯底材料十分優(yōu)異。目前，生產(chǎn)氮化鋁單晶最普遍的方法是PVT法，但是該方法存在以下局限：(1)PVT生長(zhǎng)腔室屬于黑盒反應(yīng)，隨著時(shí)間生長(zhǎng)，料源損耗較多，出現(xiàn)的供料不足的現(xiàn)象可能造成各類(lèi)晶體缺陷；(2)氮?dú)獾碾x解能較大，NN鍵離解能較大，不易裂解產(chǎn)生N原子，生長(zhǎng)過(guò)程中常常由于N源不足造成Al-N比失衡；(3)由于生長(zhǎng)時(shí)間的推移及料源熱場(chǎng)的變化，使得界面的近穩(wěn)態(tài)難以維持，造成諸多晶體缺陷。液相法生長(zhǎng)氮化鋁可以解決以上提到的三個(gè)問(wèn)題，同時(shí)液相法生長(zhǎng)具有如下特點(diǎn)：(1)生長(zhǎng)位錯(cuò)密度較低，且在生長(zhǎng)過(guò)程中容易實(shí)現(xiàn)各種位錯(cuò)的轉(zhuǎn)換；(2)容易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)徑；(3)反應(yīng)物可定量控制；(4)不用引入其他可能助溶劑造成雜質(zhì)污染。(5)高溫帶來(lái)的原子豫遲效應(yīng)及近穩(wěn)態(tài)的生長(zhǎng)可減小晶體的內(nèi)部應(yīng)力，提升晶體質(zhì)量

本發(fā)明創(chuàng)新的采用液相法生長(zhǎng)氮化鋁，在高溫高壓的環(huán)境下，用復(fù)合TaC/TiC坩堝裝入Al熔融體，再在爐腔里通入氮?dú)夂陀煞哿辖?jīng)過(guò)高溫裂解產(chǎn)生的活性N源，完成氮化鋁單晶的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)過(guò)程中，在籽晶附近使用過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾熔融體內(nèi)的包裹物、浮晶、雜質(zhì)等。該方法成本低，容易操作，料源易得。

公開(kāi)于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對(duì)本發(fā)明的總體背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出了一種液相生長(zhǎng)氮化鋁的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)方法，目的在于解決高溫下生長(zhǎng)氮化鋁帶來(lái)的浮晶、液相包裹、多型夾雜等問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種液相生長(zhǎng)氮化鋁的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，包括底部帶有氮化鋁籽晶的石墨棒、碳化鉭多孔過(guò)濾網(wǎng)以及碳化鉭坩堝和碳化鈦坩堝構(gòu)成的復(fù)合嵌套坩堝；其中，所述復(fù)合嵌套坩堝放置在石墨發(fā)熱坩堝中；所述碳化鉭坩堝嵌套在所述碳化鈦坩堝內(nèi)，二者嵌套空隙中填入氮化鋁料源；所述碳化鉭多孔過(guò)濾網(wǎng)包括蓋板和焊接下沉過(guò)濾網(wǎng)，二者之間通過(guò)多條碳化鉭支撐柱連接，所述蓋板上設(shè)置有供所述石墨棒通過(guò)的圓孔。

優(yōu)選地，碳化鈦坩堝的外徑200mm，壁厚5mm；所述碳化鉭外徑185mm,壁厚10mm。

優(yōu)選地，所述焊接下沉過(guò)濾網(wǎng)上的網(wǎng)眼孔洞大小為100-500微米不等。

優(yōu)選地，所述氮化鋁料源的尺寸為78-80目。

一種生長(zhǎng)氮化鋁的方法，包括如下步驟：

S1：先將纏有石墨氈保溫結(jié)構(gòu)的石墨發(fā)熱坩堝裝爐；依次將所述碳化鈦坩堝放入所述石墨發(fā)熱坩堝內(nèi)，將所述碳化鉭坩堝放入碳化鈦坩堝內(nèi)，之后在二者的間隙放入氮化鋁料源；

S2：在碳化鉭坩堝內(nèi)放入鋁源并蓋上所述碳化鉭多孔過(guò)濾網(wǎng)，繼續(xù)填鋁源，使用所述石墨棒穿過(guò)過(guò)濾網(wǎng)上蓋的圓孔，下沉進(jìn)入坩堝中，且石墨棒與鋁源之間的距離保持在20-30mm；