[发明专利]一种多孔钨结构的晶体制备装置及氮化铝晶体制备方法

说明书

本发明实施例公开了一种多孔钨结构的晶体制备装置，包括：坩埚盖、坩埚、锥形台、隔气环和多孔钨圆筒；其中，所述多孔钨筒放置在所述坩埚内并与所述坩埚同心，所述多孔钨简的外壁与所述坩埚的内壁围成的空间用于放置氮化铝粉；所述隔气环置于所述多孔钨筒上，用于覆盖所述多孔钨筒的外壁与所述坩埚的内壁围成的空间；所述锥形台置于所述隔气环上，所述坩埚盖放置在所述坩埚上，并在所述锥形台上方粘贴氮化铝籽晶，以在加热状态下使氮化铝籽晶生长为氮化铝晶体。通过对氮化铝晶体生长坩埚内部结构及材料的优化，实现了氮化铝原料升华速率稳定、蒸气输运方向为从籽晶中心向边缘的晶体生长条件，使氮化铝晶体具有更高的结晶质量。

技术领域

本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其是一种多孔钨结构的晶体制备装置及氮化铝晶体制备方法。

背景技术

近年来，作为超宽禁带的半导体的典型代表之一，氮化铝具有超宽禁带(6.2eV)、高热导率(实测值为3.16W·cm^-1·K^-1)、高击穿场强(11.7×10⁶V·cm^-1)、优异的压电性质、抗辐射、耐酸碱腐蚀、高稳定性等优异的物理性质，可广泛的应用于发光二极管(LED)、激光器(LD)、场效应晶体管(HEMT)、肖特基二极管、核反应堆震动探测器等器件中。此外，氮化铝与氮化铝镓(AlGaN)材料具有极高的晶格匹配和热匹配性，是所有基于AlGaN为功能层器件的理想衬底材料，尤其是超高铝组分Al_xGa_1-xN(Al≥0.8)，基于目前制备技术只能在氮化铝单晶衬底上制备。因此，氮化铝晶体的制备对光电子和微电子领域器件的发展将起到极大的促进作用。

物理气相传输(PVT)法被公认为是生长氮化铝晶体最有效的方法之一，目前国际上已经在钨系统中已经实现了2英寸高质量氮化铝晶体的制备，但未见2英寸以上氮化铝晶体制备的报道。这是因为更大尺寸(2～4英寸)的氮化铝晶体生长面临着诸多问题，其中最重要的问题在于难以实现原料升华速率稳定性与氮化铝蒸气输运方向的控制。表现在：

(1)氮化铝晶体生长过程中，随着坩埚内原料的升华及气体输运，原料在径向逐渐收缩，这将导致晶体生长前期相比后期，氮化铝蒸气产生速率具有很大差异性，进而导致晶体生长表面过饱和度差异较大，严重影响晶体质量。目前，氮化铝蒸气产生速率的稳定性往往通过调整坩埚温度来改善，即在晶体生长中/后期通过升高坩埚温度保持原料升华速率不变。生长更大尺寸氮化铝晶体时，必然要采用直径更大的坩埚。然而更大的坩埚就要求提升到更高的温度，更高的坩埚温度同时将会导致籽晶处的温度和径向温度梯度增加，从而使晶体表面生长条件改变，增加晶体内部应力，进而降低晶体质量，导致晶体生长失败。

(2)传统氮化铝晶体生长过程中氮化铝蒸气在籽晶表面的输运方向为从籽晶边缘向籽晶中心输运，该输运方向与晶体生长的台阶流方向相反，容易导致晶体生长模式从台阶流生长模式向台阶簇生长模式转变。特别是，进行更大尺寸氮化铝晶体生长时，从籽晶边缘向籽晶中心输运的氮化铝蒸气输运路径更长，极大的增加了台阶簇生长模式发生的概率，影响晶体质量。目前还未有改变氮化铝蒸气输运方向的有效方法。上述两点问题在小尺寸(1～2英寸)氮化铝晶体生长过程中表现并不明显，但随着氮化铝晶体尺寸的增加，该问题在生长中影响显著增大。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明创造的实施例提供一种多孔钨结构的晶体制备装置，包括：坩埚盖、坩埚、锥形台、隔气环和多孔钨圆筒；

其中，所述多孔钨筒放置在所述坩埚内并与所述坩埚同心，所述多孔钨简的外壁与所述坩埚的内壁围成的空间用于放置氮化铝粉；

所述隔气环置于所述多孔钨筒上，用于覆盖所述多孔钨筒的外壁与所述坩埚的内壁围成的空间；

所述锥形台置于所述隔气环上，所述坩埚盖放置在所述坩埚上，并在所述锥形台的上方粘贴氮化铝籽晶，以在加热状态下使氮化铝籽晶生长为氮化铝晶体。