[发明专利]制备氮化铝晶体的坩埚设备及方法

说明书

本发明公开了一种制备氮化铝晶体的坩埚设备及方法，坩埚设备包括坩埚体、衬底及衬底温场调整组件；其中，坩埚体的内部自下而上分为相互连通的第一腔室、第二腔室及第三腔室，且第二腔室的直径小于第一腔室与第三腔室的直径；衬底温场调整组件为中空圆柱体，衬底覆盖于坩埚体的开口，衬底温场调整组件的底面与衬底远离上述开口的表面相贴合。相较于现有技术而言，上述坩埚设备能够有效的降低氮化铝晶体的成核数，并且能够得到尺寸较大的氮化铝晶体。

技术领域

本发明涉及晶体制备领域，尤其涉及一种制备氮化铝晶体的坩埚设备及方法。

背景技术

深紫外发光器件在杀菌消毒、水的净化、生物医疗、深紫外光源等方面有广泛的应用前景，而氮化铝晶体是制备深紫外发光器件理想的半导体材料。同时，由于氮化铝晶体具有耐高温高压、极高的压电效应及高的电子迁移率等特性，使得它在制备大功率电子器件等方面的应用也受到了极高的期望和广泛的关注。然而，氮化铝晶体材料制备困难重重，目前国内外对氮化铝晶体的研究仍停留在厘米级的制备尺寸上。

目前升华法(也称物理气相传输法)制备氮化铝晶体被认为最有前景的方法，其基本过程是：氮气环境和高温条件(通常1900℃)下，氮化铝物料在高温区升华，然后在低温区再结晶形成晶体。而目前使用此方法生长氮化铝单晶的难点有：(1)由于氮化铝晶体生长过程中表现出的强烈的各向异性，使得氮化铝自发成核，在生长前期的成核率得不到控制；(2)难以扩大氮化铝晶体的尺寸，目前所用的籽晶诱导法找不到合适的籽晶，难于实施。即目前还无法制备出成核数少、大尺寸的氮化铝晶体。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种制备氮化铝晶体的坩埚设备及方法，旨在解决现有技术中难以制备出成核数少、大尺寸的氮化铝晶体的技术问题。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种制备氮化铝晶体的坩埚设备，所述坩埚设备包括坩埚体、衬底及衬底温场调整组件；

所述坩埚体的内部自下而上分为第一腔室、第二腔室及第三腔室，所述第一腔室、第二腔室及第三腔室相互连通，且所述第二腔室的直径小于所述第一腔室与所述第三腔室的直径；

所述衬底温场调整组件为中空圆柱体，所述中空圆柱体包括中空的漏斗状腔体，所述腔体的两个开口分别位于所述中空圆柱体的底面与顶面，且底面开口的直径小于顶面开口的直径；

所述衬底覆盖于所述坩埚体的开口，所述衬底温场调整组件的底面与所述衬底远离所述开口的表面相贴合。

可选的，所述底面开口的圆心和所述顶面开口的圆心均位于所述中空圆柱体的轴线上。

可选的，所述腔体沿所述中空圆柱体的轴线所形成的切面中，所述腔体的内壁所对应的边为直线。

可选的，所述腔体沿所述中空圆柱体的轴线所形成的切面中，所述腔体的内壁所对应的边为弧线。

可选的，所述腔体沿所述中空圆柱体的轴线所形成的切面中，所述腔体的内壁所对应的边为阶梯状。

可选的，所述坩埚设备还包括三个相互独立的加热器，所述三个相互独立的加热器分别设置于所述第一腔室、第二腔室及第三腔室的内壁或者外壁。

可选的，所述坩埚体与所述衬底的制备材料中均包括金属钨。

可选的，所述衬底的直径大于所述坩埚体的开口的内径，且小于或等于所述坩埚体的开口的外径，所述衬底温场调整组件的直径等于所述衬底的直径。

此外，为实现上述目的，本发明第二方面还提供一种利用坩埚设备制备氮化铝晶体的方法，所述坩埚设备为本发明第一方面提供的坩埚设备，上述方法包括：

在所述坩埚设备的第一腔室与第二腔室中加入氮化铝源之后，将所述坩埚设备放置于生长室中；