[发明专利]氮化铝单晶生长中籽晶或衬底的固定装置及固定方法

说明书

本发明公开了一种氮化铝单晶生长中籽晶或衬底的固定装置及固定方法，在氮化铝粉源与坩埚顶盖之间设置可拆卸的生长平台，使籽晶或衬底材料通过自身重力或机械方式加以固定，通过设置第一间隙和第二间隙，能够同时在籽晶或衬底的两面进行长晶，长晶效率较高，有效的解决了籽晶固定问题，避免了籽晶粘结带来的各种不利因素，为氮化铝同质外延生长提供有利条件；使籽晶或衬底从低温区往高温区靠近，氮化铝粉源分解产生的气相物质在高温区具有很好的迁移能力，有利于同质/异质外延生长进一步扩大晶体尺寸；籽晶表面可完全避免白色陶瓷层的形成，有利于发挥籽晶的单晶诱导作用，该方法得到的氮化铝单晶具有极高的单晶质量，且具有较高的晶体生长速率。

技术领域

本发明涉及物理气相传输法生长氮化铝单晶技术领域，特别涉及一种氮化铝单晶生长中籽晶或衬底的固定装置及固定方法。

背景技术

第三代半导体材料氮化铝（AlN）禁带宽度为6.2eV，在紫外/深紫外发光波段具有独特优势，是紫外LED最佳衬底材料之一。同时，因其较高的击穿场强、较高的饱和电子漂移速率以及不错的导热、导电、抗辐射能力，AlN也可满足高温/高频/高功率电子器件的设计要求，在电子、印刷、生物、医疗、通讯、探测、环保等领域具有巨大的应用潜力。

几乎难溶于任何液体，且熔点在2800℃以上，无法通过传统的溶液法、熔体法获得。利用AlN粉源材料在1800℃以上发生升华的特点，可以通过物理气相传输法获得AlN体材料。此方法以粉源表面与生长界面之间的温度梯度为驱动力，使氮蒸汽与铝蒸汽从高温区传输至低温区，在过饱和状态下结晶得到AlN单晶。

籽晶诱导是得到大尺寸AlN单晶的有效方法，其中籽晶固定是关键环节。籽晶粘结是目前广泛采用的籽晶固定方法，然而通过此方法得到的晶体，其尺寸和质量受粘结材料、粘结平整度、粘结杂质、粘结气泡等因素影响明显，极大地增加了单晶生长的困难度，籽晶固定成为AlN同质外延生长的重要限制环节。

目前多采用在坩埚盖底部粘结籽晶的方法进行AlN同质或异质外延生长。

首先，此种方法只能同时在籽晶的一面进行长晶，长晶效率较低。

其次，在正向温度梯度条件下，坩埚盖底部往往具有相对较低的温度，AlN分解产生的气相物质在此区域的迁移能力下降，容易在籽晶表面发生二次形核形成AlN多晶。此外，粉源/烧结体内含有的氧元素及坩埚内的氧气分子在氮气条件下易与AlN反应生成Al₂O₃、Al₃O₃N等化合物，在达到AlN升华温度之前，这些物质会率先向上传输，在籽晶表面形成一定厚度的白色陶瓷层，阻碍外延生长。陶瓷层表面具有较高的形核密度，容易诱导AlN多晶的形成。二次形核现象和陶瓷层的形成均会导致籽晶诱导生长氮化铝单晶失败。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种氮化铝单晶生长中籽晶或衬底的固定装置，能够同时在籽晶或衬底的两面进行长晶，长晶效率较高；使籽晶或衬底从低温区往高温区靠近，氮化铝粉源分解产生的气相物质在高温区具有很好的迁移能力，有利于同质/异质外延生长进一步扩大晶体尺寸；同时，在合适的温度和温度梯度条件下，籽晶表面可完全避免白色陶瓷层的形成，有利于发挥籽晶的单晶诱导作用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种氮化铝单晶生长中籽晶或衬底的固定装置，设于长晶设备中，所述长晶设备用于通过物理气相传输法生长氮化铝单晶，所述长晶设备包括用于放置氮化铝粉源的坩埚、用于为所述坩埚加热的加热机构、用于为所述坩埚隔热的隔热机构、用于微调所述坩埚位置的调整机构、用于测量所述坩埚底部温度和顶部温度的测温机构，所述固定装置包括可拆卸的设于所述坩埚中部的生长平台、用于固定所述生长平台的固定组件，所述籽晶或所述衬底固定在所述生长平台上；

所述生长平台具有第一形态和第二形态；