[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与方法，坩埚设备包括第一坩埚、第二坩埚及连接管，其中，第一坩埚的内部与第二坩埚的内部通过连接管连通，第一坩埚用于盛放氮化铝源，第二坩埚用于盛放镓源，且连接管在第一坩埚内部的延伸长度大于所述第一坩埚中盛放的氮化铝源的厚度。相较于现有技术而言，本发明第二坩埚内的镓源生成的镓蒸汽可以进入到第一坩埚的反应腔内，由于镓蒸汽能够改变氮化铝晶体的结晶特性，有助于控制氮化铝晶体的成核与扩径生长，因此，在制备氮化铝晶体的过程中，通过向第一坩埚的反应腔内掺杂镓蒸汽，不仅可以有效的降低氮化铝晶体的成核密度，还可以扩大氮化铝晶体的尺寸，从而得到大尺寸的氮化铝体单晶。

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，在生长前期的成核密度较大，难以形成单晶体；(2)目前所用的籽晶诱导法找不到合适的籽晶，且难以扩大氮化铝晶体的尺寸。即目前还无法制备出大尺寸的氮化铝体单晶。

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大尺寸的氮化铝体单晶的技术问题。

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，该坩埚设备包括第一坩埚、第二坩埚及连接管，所述第一坩埚的内部与所述第二坩埚的内部通过所述连接管连通；

所述第一坩埚用于盛放氮化铝源，所述第二坩埚用于盛放镓源，且所述连接管在所述第一坩埚内部的延伸长度大于所述第一坩埚中盛放的氮化铝源的厚度。

可选的，所述坩埚设备还包括第一加热器、第二加热器及第三加热器，所述第一加热器位于所述第一坩埚的坩埚顶面，所述第二加热器位于所述第一坩埚的坩埚底面，所述第三加热器位于所述第一坩埚的坩埚侧壁。

可选的，所述坩埚设备还包括第一屏蔽层、第二屏蔽层、第三屏蔽层及外壳壳体，所述第一屏蔽层位于所述第一加热器与所述外壳壳体的内壁之间，所述第二屏蔽层位于所述第二加热器与所述内壁之间，所述第三屏蔽层位于所述第三加热器与所述内壁之间。

可选的，所述坩埚设备还包括坩埚支架与坩埚托盘，所述坩埚托盘设置于所述坩埚支架上；

所述坩埚底面放置于所述坩埚托盘的上表面，所述第二加热器位于所述坩埚托盘的下表面，所述第二坩埚设置于所述第二屏蔽层的内部。

可选的，所述连接管为钨管，所述第二坩埚包括坩埚体与坩埚盖，所述坩埚盖与所述坩埚底部中均设置有圆形孔，所述圆形孔的直径等于所述连接管的外径；

所述钨管的第一端穿过所述坩埚盖中的圆形孔，第二端穿过所述坩埚底部中的圆形孔，且所述第二端在所述第一坩埚内部的延伸长度大于所述第一坩埚中盛放的氮化铝源的厚度。

可选的，所述坩埚体的开口处设置有预设角度的倒角，所述坩埚盖为上大下小的圆台形柱体，所述坩埚盖上表面的直径等于所述坩埚体的外径，所述坩埚盖下表面的直径等于所述坩埚体的内径。

可选的，所述第一坩埚与所述第二坩埚的制备材料中均包括金属钨，所述第一屏蔽层、所述第二屏蔽层及所述第三屏蔽层均为金属钨或金属钼。