[实用新型]一种异形籽晶及高质量氮化铝晶体

说明书

本实用新型公开了一种异形籽晶，用于悬挂于籽晶架上进行氮化铝晶体的外延生长，包括底端悬挂部、中间衔接部和顶端外延部，当其悬挂于籽晶架上时，所述底端悬挂部的下表面完全覆盖籽晶架的内孔，所述顶端外延部位于籽晶架下方，并通过位于籽晶架内孔中的中间衔接部连接底端悬挂部，所述顶端外延部的顶面为氮化铝晶体生长表面。本实用新型的异形籽晶使用时表面低于坩埚顶面形成悬空状态，避免了籽晶周边的多晶寄生而引起大量缺陷，同时解决了传统化学粘结固定籽晶的方法带来易掉落、气孔反窜进入晶体产生空洞等问题，有利于提高氮化铝晶体的外延生长质量。

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种提高氮化铝晶体生长质量的异形籽晶及制备高质量氮化铝晶体的方法。

背景技术

氮化铝作为第三代宽禁带半导体材料具有高禁带宽度(6.2ev)、高热导率(340W/(m·K))、高击穿场强、良好的紫外透过率、化学和热稳定性等优点，是一种理想的紫外光电子器件材料，可广泛应用于深紫外LED、紫外固化、紫外探测器等领域，具备广阔的应用前景。由于AlN与GaN晶体结构同属纤锌矿结构，沿c面的晶格失配率仅为2.4％，优于目前较为成熟并广泛使用的蓝宝石和SiC衬底材料；另一方面，AlN与GaN的热膨胀系数最为接近，在1000℃高温时热膨胀系数失配接近零，因此可以避免冷却过程中外延器件结构由于热应力导致的产品良率，是外延生长GaN/高铝组分AlGaN的理想衬底材料。

大量研究表明，物理气相传输法(PVT)是生长大尺寸氮化铝单晶最有效的方法，以及使用同质/异质籽晶外延生长获取大尺寸、高质量氮化铝单晶是必选之路。然而，外延生长工艺仍有几个关键问题有待解决及优化，如：籽晶固定、初始氧杂质控制、籽晶周边寄生形核等。传统的氮化铝籽晶固定方法是使用氮化铝粘接剂进行热粘结固定籽晶。然而，粘接剂在高温下容易产生空隙导致籽晶背部升华引起空隙进入外延晶体形成孔洞等缺陷。另外的方法采用比籽晶直径稍小的环状部件搁置籽晶，该方法能解决籽晶固定的问题，但会严重引起环状部件的内孔边缘(即籽晶周边)形成高异质形核界面而产生大量多晶寄生，导致中部外延氮化铝晶体因热应力增大产生大量位错、裂纹等缺陷。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种能有效提高氮化铝晶体生长质量的异形籽晶，采用如下技术方案解决了籽晶固定和生长过程中多晶寄生的问题。

一种异形籽晶，用于悬挂于籽晶架上进行氮化铝晶体的外延生长，包括底端悬挂部、中间衔接部和顶端外延部，当其悬挂于籽晶架上时，所述底端悬挂部的下表面完全覆盖籽晶架的内孔，所述顶端外延部位于籽晶架下方，并通过位于籽晶架内孔中的中间衔接部连接底端悬挂部，所述顶端外延部的顶面为氮化铝晶体生长表面。

作为优选实施方案，所述顶端外延部的最大截面面积大于或等于中间衔接部的最大截面面积。

作为进一步的优选实施方案，所述底端悬挂部最大部分的截面在籽晶架上的投影完全覆盖籽晶架内孔。

作为优选实施方案，所述顶端外延部的顶面呈圆形，且直径小于坩埚顶部内径。

作为可选实施方案，所述异形籽晶为碳化硅、蓝宝石或氮化铝、氮化镓块状衬底材料，或是外延有III族氮化物半导体薄膜的块状衬底材料。

作为优选实施方案，所述顶端外延部的顶面为经过研磨和化学机械抛光的低粗糙度光滑表面。

本实用新型还提供了所述氮化铝晶体基于如上所述的异形籽晶，通过物理气相传输法生长制成。

本实用新型的有益技术效果如下：

本实用新型的异形籽晶，采用独特的结构设计，可平稳地悬挂于籽晶架上进行氮化铝晶体的生长，既很好地解决了籽晶的固定问题，又有效避免了长晶过程中籽晶周边的多晶寄生问题。