[发明专利]一种大批量制备高质量氮化铝模板的加热装置及制备方法

说明书

本发明公开了一种大批量制备高质量氮化铝模板的加热装置及制备方法，要解决的是现有高质量氮化铝模板制备中加热装置无法满足大批量制备氮化铝模板需求的问题。本发明包括保温屏、支撑平台和安装部件，所述支撑平台和安装部件均安装在保温屏的内部，支撑平台的下端固定有升降电机并且安装部件固定在支撑平台上端，安装部件的上方安装有上加热器和上温度监控仪，安装部件的下方安装有下加热器和下温度监控仪。本发明通过批量大批量制备高质量氮化铝模板的加热装置的设计、精确的均匀温度控制及氮化铝模板优化工艺，结合数值模拟仿真技术对系统热场设计进行优化，实现批量制备高品质的氮化铝模板。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体是一种大批量制备高质量氮化铝模板的加热装置及制备方法。

背景技术

传统硅基等半导体材料已经无法满足当前电子器件的发展要求。氮化铝(AlN)作为第三代/第四代半导体材料的典型代表，具有超宽禁带、高热导率、高击穿场强、高电子迁移率、耐腐蚀、耐辐射等优越物理化学性能，特别适合于制造光电子器件、射频通信器件、高功率/高频电力电子器件等，是紫外LED、紫外探测器、紫外激光、5G高功率/高频射频、5G通信SAW/BAW器件等最佳衬底材料，广泛应用于环保、电子、无线通讯、印刷、生物、医疗、军事等领域，如紫外净化/灭菌(污水处理、饮用水消毒、空气杀菌、表面杀菌、除臭等)、紫外固化、紫外催化、防伪检测、高密度存储、医学光照治疗、药物研发、移动通信及保密通信、紫外空间探测等领域。

Al_xGa_1-xN具有3.4至6.0eV的宽直接带隙和出色的热稳定性和化学稳定性，因此其在深紫外(DUV)领域的光电器件具有很大的潜力。然而，由于缺少理想的商业衬底，基于AlxGa1-xN的光电器件，例如紫外发光二极管(LEDs)和紫外激光二极管(LDs)，尚未得到大规模应用。

通过物理气相传输法(PVT)技术可以获得具有极低穿型位错(TD)密度(10⁵cm^-2)的高晶体质量的AlN体块衬底，并且这些衬底适用于制备紫外LEDs和LDs器件。然而，PVT制备的AlN衬底仍然含有高杂质浓度，并且比在蓝宝石衬底上生长的AlN薄膜成本更高、尺寸更小，因此作为紫外光发光元件的衬底材料具有极大的困难之处。

目前，在价格便宜的蓝宝石衬底上制备高质量的AlN薄膜层。继续在该氮化铝模板上外延生长AlGaN，可以制备出高性能的紫外光发光器件，具有巨大的市场潜力。

然而，在蓝宝石衬底上生长的AlN薄膜具有高密度TD，这主要是由于AlN和蓝宝石之间的大晶格和热系数失配以及不同的生长模式/方法导致。例如，金属有机化合物气相外延(MOCVD)生长的AlN薄膜中TD密度10⁹cm^-2，以及通过溅射(sputter)生长的薄膜TD10¹⁰cm^-2。因此，控制AlN与蓝宝石衬底的界面生长、制备低缺陷的AlN模板是获得高效紫外光电子器件的关键手段之一。