[发明专利]氮化铝块状晶体的可控掺杂方法

权利要求书

1.形成AlN单晶体的方法，所述方法包括步骤：

在坩埚内提供包含Al的丸粒，所述坩埚包括底塞和箔片包裹，且 其中箔片包裹卷绕底塞；

在反应温度和反应压力下，使丸粒与氮气反应形成块状多晶AlN 陶瓷，

其中，在反应之后当所述多晶AlN陶瓷达到室温时，所述多晶AlN 陶瓷具有小于1％的过量Al并且具有小于100ppm的氧浓度；

在形成所述多晶AlN陶瓷之后，并且在其间不对多晶AlN陶瓷进 行升华-再凝结处理的情况下，在晶体生长腔室的第一端处和晶体生长 腔室内提供所述多晶AlN陶瓷和至少一部分箔片包裹；

在形成温度下升华所述多晶AlN陶瓷，在此期间所述至少一部分 箔片包裹保持与多晶AlN陶瓷接触；和

在所述晶体生长腔室的第二端处形成AlN单晶体。

2.权利要求1的方法，其中丸粒基本上由Al构成。

3.权利要求2的方法，其中反应温度为1900℃-2200℃。

4.权利要求1的方法，其中丸粒包含第一浓度的掺杂剂物质，所 述第一浓度小于12重量％，所述掺杂剂物质包括Si、C、Be、Mg或O。

5.权利要求4的方法，其中所述掺杂剂物质包括Si。

6.权利要求4的方法，其中多晶AlN陶瓷包含第二浓度的掺杂剂 物质，且所述第二浓度小于12重量％。

7.权利要求4的方法，其中反应温度为1600℃-2200℃，反应压 力为1巴-60巴。

8.权利要求1的方法，还包括在所述坩埚内提供丸粒之前，在氢 氟酸和硝酸的混合物中浸渍所述丸粒。

9.权利要求1的方法，其中基本上所有丸粒发生反应。

10.权利要求1的方法，还包括：

在坩埚内提供至少一个另外丸粒，该至少一个另外丸粒包含Al； 及

在反应温度和反应压力下使所述至少一个另外丸粒与氮气反应， 从而增加多晶AlN陶瓷的体积。

11.权利要求1的方法，其中形成温度为2000℃-2750℃。

12.权利要求1的方法，其中AlN单晶体的氧浓度小于400ppm。

13.权利要求12的方法，其中AlN单晶体的氧浓度小于100ppm。

14.权利要求1的方法，其中AlN单晶体的氧浓度小于4.5×10¹⁹/cm³。

15.权利要求1的方法，其中AlN单晶体的热导率大于250W/m·K。

16.权利要求1的方法，其中多晶AlN陶瓷包含掺杂剂物质，且 AlN单晶体包含第三浓度的掺杂剂物质，所述掺杂剂物质包括Si、C、 Be、Mg或O，所述第三浓度大于10¹⁶/cm³。

17.权利要求16的方法，其中掺杂剂物质包括Si。

18.权利要求1的方法，其中在室温下AlN单晶体具有大于10^-4Ω^-1cm^-1的电导率。

19.权利要求1的方法，其中所述底塞与多晶AlN陶瓷邻近设置 并在所述多晶AlN陶瓷的形成期间与之接触。

20.权利要求19的方法，其中所述箔片包裹和所述底塞两者均包 含钨。

21.权利要求16的方法，还包括：

对AlN单晶体进行退火以电激活所述掺杂剂物质。

22.权利要求21的方法，其中所述掺杂剂物质包括Si。

23.权利要求21的方法，其中退火步骤降低AlN单晶体中的铝空 位浓度。