CN114134573B - 用于降低氮化铝晶体生长应力的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于降低氮化铝晶体生长应力的装置，包括坩埚盖，所述坩埚盖置于坩埚顶部；氮化铝晶体，所述晶体置于所述坩埚盖底部；垫圈，所述垫圈置于所述坩埚盖与所述晶体缝隙处。本发明装置能够在保持较高晶体生长速率的前提下，降低晶体内部应力，缓解晶体顶部边缘应力集中问题，从而实现氮化铝晶体快速稳定生长。
Description
技术领域
本发明涉及晶体生长中热场设计技术领域，具体涉及一种用于降低氮化铝晶体生长应力的装置。
背景技术
氮化铝晶体多用做氮化物电子器件的衬底。氮化铝与氮化镓和铝镓氮合金具有紧密的晶格匹配，并且其本身也具有较高导热率和出色的介电性能。从长远发展来看，基于氮化铝及氮化镓的器件将主导着深紫外光电子的未来。因此，电子产业将会对氮化铝单晶衬底很高的需求。这些基板的商业可用性对于紫外线光子学的未来发展至关重要。与通常涉及从异质衬底上进行单个晶圆剥离工艺的“准批量”生长技术相反，用于制造氮化铝衬底的真正的批量生长工艺最终应能够显着降低生产成本。由于最近涉及氮化物的非极性和半极性晶体学取向器件的开发，使得生长大块氮化铝单晶的优势变得更加重要。
在制备氮化铝单晶这一领域内最大问题就是无法制备大尺寸(4英寸)氮化铝晶体，这导致氮化铝晶体无法大规模商业化生产。而这一问题最根本的原因是随着晶体尺寸的增大，其晶体内部的应力会出现应力集中的问题，应力水平也会随之增大。晶体内部应力是晶体产生异质缺陷的根本原因，缺陷增加会造成晶体质量变差，严重者会导致长晶失败。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种降低氮化铝晶体生长应力的装置，该装置能够在保证晶体较高生长速度的前提下，降低坩埚盖底部生长的氮化铝晶体的内部应力，减缓晶体顶部边缘应力集中，使得晶体在生长过程中缺陷减小，实现氮化铝晶体的稳定快速生长。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于降低氮化铝晶体生长应力的装置，包括坩埚，其特征在于：还包括：
坩埚盖，所述坩埚盖置于坩埚顶部；
氮化铝晶体，所述氮化铝晶体置于坩埚盖底部且与坩埚盖粘连；所述氮化铝晶体中心轴与坩埚盖中心轴重合；
垫圈，所述垫圈置于坩埚盖与氮化铝晶体缝隙处且与缝隙贴合；所述垫圈与坩埚盖粘连固定。
作为优选方案，所述坩埚盖，由高纯度金属钨制成；所述垫圈，由坩埚盖相同材料制成。
进一步地，所述垫圈的宽度M，与坩埚盖与氮化铝晶体间缝隙宽度m相等。
更进一步地，所述垫圈的厚度D，与坩埚盖与氮化铝晶体间缝隙高度d相等。
更进一步地，所述垫圈的厚度D，与坩埚盖与氮化铝晶体间缝隙高度d相等。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明利用金属垫圈将坩埚盖与氮化铝晶体之间的缝隙填满，能够在不改变生长室以及晶体温度分布的前提下，降低晶体生长过程中的内部应力，分散晶体顶部边缘集中的应力提高晶体质量，为大尺寸氮化铝晶体的生长提供了可能性，从而使得氮化铝晶体的生长能够既稳定又快速。本发明的装置适用于任何尺寸的升华法生长氮化铝晶体。
附图说明
图1为提出的用于降低氮化铝晶体生长应力的装置的结构示意图。
图2为晶体生长速度分布曲线：
图2中a为传统钨坩锅生长晶体的速度分布曲线；图2中b为本实施例坩埚生长晶体的速度分布曲线。
图3为生长晶体内部的应力分布云图：
图3中(a)为传统钨坩锅生长的晶体内部应力分布图；图3中(b)为本实施例复坩埚生长上的晶体内部应力分布图。
上述图中：1、坩埚盖；2、垫圈；3、氮化铝晶体。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本发明的技术方案作进一步地详细阐述，但不作为本发明的限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提出的用于降低氮化铝晶体生长应力的装置，其结构如图1所示，包括坩埚盖1；垫圈2；氮化铝晶体3。垫圈尺寸如下：
L1＝L2；
δ1＝δ2；
L3＝L4；
其中，L1为垫圈水平宽度，L2为坩埚盖与晶体间缝隙宽度，L3为晶体斜边长度，L4为垫圈斜边长度，δ1为垫圈厚度，δ2为坩埚盖与晶体间缝隙高度。
本发明中降低氮化铝晶体生长应力装置的设计，其主要目的是保持氮化铝晶体快速稳定的生长。本发明装置中，垫圈较小，对生长室内部和晶体内部的温度分布的影响可以忽略不计，而垫圈在晶体与坩埚盖之间的缝隙固定，缩小了晶体边缘处的应变，使得晶体顶部边缘的应力集中问题得到缓解，并且降低了晶体内部整体的应力水平。通过感应加热装置持续供热，使得坩埚盖底部籽晶可以持续生长。
为了加快氮化铝晶体商业化进度，晶体需快速稳定生长，这就要在保证氮化铝晶体生长速度的前提下，尽可能降低晶体的内部应力。图2、图3分别展示了传统坩埚(a)与本实施例的应用降低应力装置的坩埚(b)生长晶体的生长速率及晶体内部应力分布。对比可看出，在采用本实施例的坩埚情况下晶体的生长速度变化不大，同时内部应力得到了降低，应力集中问题得到缓解，这有利于氮化铝晶体的工业化发展。
Claims (1)
1.一种用于降低氮化铝晶体生长应力的装置，包括坩埚，其特征在于：还包括：
坩埚盖，所述坩埚盖置于坩埚顶部；
氮化铝晶体，所述氮化铝晶体置于坩埚盖底部且与坩埚盖粘连；所述氮化铝晶体中心轴与坩埚盖中心轴重合；
垫圈，所述垫圈置于坩埚盖与氮化铝晶体缝隙处且与缝隙贴合；所述垫圈与坩埚盖粘连固定；
所述坩埚盖，由高纯度金属钨制成；所述垫圈，由坩埚盖相同材料制成；
所述垫圈的宽度M，与坩埚盖与氮化铝晶体间缝隙宽度m相等；
所述垫圈的厚度D，与坩埚盖与氮化铝晶体间缝隙高度d相等。
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