CN107723788A - 一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置 - Google Patents

一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置 Download PDF

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吴亮
黄嘉丽
王智昊
贺广东
王琦琨
龚加玮
雷丹
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    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/38—Nitrides

Abstract

本发明公开了一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置，包括用于放置氮化铝粉源或氮化铝烧结体的坩埚本体、盖设于坩埚本体顶部的坩埚盖、固设于坩埚盖的内表面的籽晶台、上端固定在籽晶台上的导流罩，导流罩沿远离籽晶台的方向向下逐渐径向张开。本发明一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置，通过设置沿远离籽晶台的方向向下逐渐径向张开的导流罩，使气体集中往籽晶台中心部位传输，有效的抑制了籽晶周围多晶的形成，解决了坩埚盖与坩埚本体由于晶体粘结而难打开的问题；同时，通过将籽晶台抵接在坩埚盖内表面，籽晶台通过坩埚盖与外界传热散热，降低了籽晶台的中心温度，提高了籽晶台与氮化铝粉源之间长晶的温差，提高了长晶的速率。

Description

一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置
技术领域
本发明涉及一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置。
背景技术
第三代半导体材料氮化铝（AlN）禁带宽度为6.2eV，在紫外/深紫外发光波段具有独特优势，是紫外LED最佳衬底材料之一。同时，因其较高的击穿场强、较高的饱和电子漂移速率以及高的导热、抗辐射能力，AlN也可满足高温/高频/高功率电子器件的设计要求，在电子、印刷、生物、医疗、通讯、探测、环保等领域具有巨大的应用潜力。
几乎难溶于任何液体，且熔点在2800℃以上，无法通过传统的溶液法、熔体法获得。利用AlN粉源材料在1800℃以上发生升华的特点，可以通过物理气相传输法获得AlN体材料。此方法以粉源表面与生长界面之间的温度梯度为驱动力，使氮蒸汽与铝蒸汽从高温区传输至低温区，在微过饱和状态下结晶得到AlN单晶。
籽晶诱导是得到大尺寸AlN单晶的有效方法，用这种方法生长的晶体内应力小，缺陷密度低，但由于籽晶定向、籽晶粘结及温度场分布等问题，籽晶周围易形成多晶，影响最后单晶尺寸。同时，在坩埚盖上长晶过程中，坩埚盖边缘与坩埚本体内壁接触处易结晶，导致单晶生长结束后坩埚盖不易打开，容易破坏坩埚盖及坩埚本体。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置，使气体集中往籽晶台中心部位传输，有效的抑制了籽晶周围多晶的形成，解决了坩埚盖与坩埚本体由于晶体粘结而难打开的问题；同时提高了长晶的温差，提高了长晶的速率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置，包括用于放置氮化铝粉源或氮化铝烧结体的坩埚本体、盖设于所述坩埚本体顶部的坩埚盖、固设于所述坩埚盖的内表面的籽晶台、上端固定在所述籽晶台上的导流罩，所述导流罩沿远离所述籽晶台的方向向下逐渐径向张开。
优选地，所述坩埚装置还包括设于所述坩埚本体中的用于隔开所述坩埚盖和所述氮化铝粉源或用于隔开所述坩埚盖和所述氮化铝烧结体的隔离件。
更优选地，所述隔离件上设有通孔，所述籽晶台包括用于穿过所述通孔并抵接在所述坩埚盖的内表面的第一台体、与所述第一台体一体成型的位于所述隔离件远离所述坩埚盖一侧的第二台体，所述导流罩固定安装在所述第二台体上。
更进一步优选地，所述第二台体的直径大于所述通孔的直径，所述第二台体的上表面与所述隔离件的下表面之间间隙分布，所述导流罩包括连接部、固定连接在所述连接部下方的导流部，所述连接部卡设于所述隔离件的下表面和所述第二台体的上表面之间。
优选地，所述导流罩呈锥形。
更优选地，所述导流罩的锥角在20°-160°之间。
更优选地，所述坩埚本体、所述坩埚盖、所述籽晶台、所述导流罩、所述隔离件同轴心线分布。
优选地，所述导流罩的底端与所述氮化铝粉源的顶端或所述氮化铝烧结体的顶端之间的距离为1-10mm。
优选地，所述导流罩与所述坩埚本体的内壁之间的距离为0.5-10mm。
优选地，所述导流罩的厚度为1-10mm。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置，通过设置沿远离籽晶台的方向向下逐渐径向张开的导流罩，使气体集中往籽晶台中心部位传输，有效的抑制了籽晶周围多晶的形成，解决了坩埚盖与坩埚本体由于晶体粘结而难打开的问题；同时，通过将籽晶台抵接在坩埚盖内表面，籽晶台通过坩埚盖与外界传热散热，降低了籽晶台的中心温度，提高了籽晶台与氮化铝粉源之间长晶的温差，提高了长晶的速率。
附图说明
附图1为本发明装置的结构示意图；
附图2为导流罩的结构示意图。
其中：1、氮化铝粉源/氮化铝烧结体；2、坩埚本体；3、坩埚盖；4、籽晶台；41、第一台体；42、第二台体；5、导流罩；51、连接部；52、导流部；6、隔离件。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
参见图1-2所示，上述一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置，包括用于放置氮化铝粉源/氮化铝烧结体1的坩埚本体2、盖设于该坩埚本体2顶部的坩埚盖3、固设于该坩埚盖3的内表面的籽晶台4、上端固定在该籽晶台4上的导流罩5，该导流罩5沿远离籽晶台4的方向向下逐渐径向张开。在本实施例中，该坩埚本体2呈圆柱形分布，该导流罩5呈锥形分布。该坩埚本体2、该坩埚盖3、该籽晶台4、该导流罩5同轴心线分布，该导流罩5的轴心线沿竖直方向分布。
该导流罩5也可以由曲线绕坩埚本体2的轴心线方向组成。该导流罩5可以一体成型，也可以由多片瓣状结构组合而成。
在本实施例中，该导流罩5的锥角在20°-160°之间；该导流罩5的底端与氮化铝粉源/氮化铝烧结体1的顶端之间的距离为1-10mm；该导流罩5与坩埚本体2的内壁之间的距离为0.5-10mm；该导流罩5的厚度为1-10mm。通过这个设置，能够提高导流罩5的导流效率，尽可能的避免升华后的氮蒸汽与铝蒸汽在坩埚盖3与坩埚本体2的接壤处结晶。
通过设置该导流罩5，使其沿靠近氮化铝粉源/氮化铝烧结体1的方向逐渐径向张开，使升华后的氮蒸汽与铝蒸汽集中往籽晶台4中心部位传输，有效的抑制了籽晶周围多晶的形成，解决了坩埚盖3与坩埚本体2由于晶体粘结而难以打开的问题。
该坩埚装置还包括设于坩埚本体2中的用于隔开坩埚盖3和氮化铝粉源/氮化铝烧结体1的隔离件6。在本实施例中，该隔离件6呈圆片状。该隔离件6与该导流罩5同轴心线分布。该隔离件6固定在坩埚本体2中。该隔离件6的半径与坩埚本体2的内径相同，通过这个设置，完全隔开了坩埚盖3和氮化铝粉源/氮化铝烧结体1，进一步避免了升华后的氮蒸汽与铝蒸汽在坩埚盖3与坩埚本体2的接壤处结晶，导致的坩埚盖3与坩埚本体2由于晶体粘结而难以打开的问题。
在本实施例中，该隔离件6上设有与其同轴分布的通孔。该籽晶台4包括用于穿过该通孔并抵接在坩埚盖3的内表面的第一台体41、与该第一台体41一体成型的位于隔离件6远离坩埚盖3一侧的第二台体42，该导流罩5的上端固定安装在该第二台体42上。该籽晶台4固定在隔离件6上。
通过设置籽晶台4与坩埚盖3内表面抵接，籽晶台4通过坩埚盖3与外界传热散热，降低了籽晶台4的中心温度，提高了籽晶台4与氮化铝粉源之间长晶的温差，提高了长晶的速率。
该第二台体42的直径大于该通孔的直径，且小于坩埚本体2的直径。该第二台体42的上表面与该隔离件6的下表面之间间隙分布。在本实施例中，该导流罩5包括连接部51、固定连接在该连接部51下方的导流部52。该连接部51卡设于隔离件6的下表面和第二台体42的上表面之间，该连接部51呈环形分布；该导流部52呈锥形分布，且部分套设于第二台体42上。该连接部51与第二台体42之间的嵌套方式可以为卡扣结构、螺旋嵌套结构、销连接结构或链连接结构。
在本实施例中，第一台体41和第二台体42均呈圆柱形分布。显然，第二台体42也可以是矩柱、空心矩柱、空心圆环柱、网状结构等。
在本实施例中，坩埚本体2、坩埚盖3、籽晶台4、导流罩5、隔离件6由高温难熔金属或高温难熔金属化合物或高温难熔陶瓷制成。例如高纯钨、高纯碳化钽、钨铼合金、氮化硼等材料。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置，其特征在于：包括用于放置氮化铝粉源或氮化铝烧结体的坩埚本体、盖设于所述坩埚本体顶部的坩埚盖、固设于所述坩埚盖的内表面的籽晶台、上端固定在所述籽晶台上的导流罩，所述导流罩沿远离所述籽晶台的方向向下逐渐径向张开。
2.根据权利要求1所述的一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置，其特征在于：所述坩埚装置还包括设于所述坩埚本体中的用于隔开所述坩埚盖和所述氮化铝粉源或用于隔开所述坩埚盖和所述氮化铝烧结体的隔离件。
3.根据权利要求2所述的一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置，其特征在于：所述隔离件上设有通孔，所述籽晶台包括用于穿过所述通孔并抵接在所述坩埚盖的内表面的第一台体、与所述第一台体一体成型的位于所述隔离件远离所述坩埚盖一侧的第二台体，所述导流罩固定安装在所述第二台体上。
4.根据权利要求3所述的一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置，其特征在于：所述第二台体的直径大于所述通孔的直径，所述第二台体的上表面与所述隔离件的下表面之间间隙分布，所述导流罩包括连接部、固定连接在所述连接部下方的导流部，所述连接部卡设于所述隔离件的下表面和所述第二台体的上表面之间。
5.根据权利要求1所述的一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置，其特征在于：所述导流罩呈锥形。
6.根据权利要求5所述的一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置，其特征在于：所述导流罩的锥角在20°-160°之间。
7.根据权利要求5所述的一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置，其特征在于：所述坩埚本体、所述坩埚盖、所述籽晶台、所述导流罩、所述隔离件同轴心线分布。
8.根据权利要求1所述的一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置，其特征在于：所述导流罩的底端与所述氮化铝粉源的顶端或所述氮化铝烧结体的顶端之间的距离为1-10mm。
9.根据权利要求1所述的一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置，其特征在于：所述导流罩与所述坩埚本体的内壁之间的距离为0.5-10mm。
10.根据权利要求1所述的一种用于氮化铝单晶生长的坩埚装置，其特征在于：所述导流罩的厚度为1-10mm。
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