一种用于AlN单晶扩径生长的PVT装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113564713A(43)申请公布日2021.10.29(21)申请号202110835242.2(22)申请日2021.07.23(71)申请人北京大学地址100871北京市海淀区颐和园路5号(72)发明人于彤军赵起悦吴洁君王泽人韩彤沈波(74)专利代理机构北京万象新悦知识产权代理有限公司11360代理人贾晓玲(51)Int.Cl.C30B29/40(2006.01)C30B23/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种用于AlN单晶扩径生长的PVT装置(57)摘要本发明专利公开了一种用于AlN单晶生长扩径的PVT装置,属于晶体生长技术领域。该装置包括一坩埚，为生长提供腔室，坩埚放置到炉体并封闭炉体，抽真空和充高纯氮气，坩埚盖上表面边缘承载两段式气氛空腔结构，同时坩埚盖下表面固定籽晶托和籽晶，两段式气氛空腔结构将坩埚盖上表面边缘的传热方式转变，从而利用气氛较低的热导率增大坩埚盖边缘处的温度梯度，使籽晶处的径向温梯增大至适合其侧向扩径生长。本发明可以实现AlN单晶的高效扩径，获得高质量的AlN籽晶或衬底。CN113564713ACN113564713A权利要求书1/1页1.一种用于AlN单晶生长扩径的PVT装置，包括一坩埚和炉体，坩埚放置到炉体内并封闭炉体，在炉体内设置加热器和保温层，其特征在于，所述坩埚包括坩埚盖和坩埚体，坩埚体内放置源粉，在源粉表面放置环形源粉盖，坩埚盖包括一尺寸与坩埚体外径匹配的盖体、籽晶托和两段式空腔结构，籽晶托固定在盖体的下表面，在盖体的上表面设置一环状的两段式空腔结构，该两段式空腔结构由上半段空腔部件和下半段空腔部件组成，下半段空腔部件直接通过卡槽限位放置在盖体的上表面，上半段空腔部件固定在下半段空腔结构部件上，上半段空腔部件的外侧边缘和下半段空腔部件的外侧边缘与盖体的外侧边缘相互吻合，上半段空腔部件的内径尺寸大于下半段空腔部件的内径尺寸，炉体内的气体可自由充盈在上半段空腔部件和下半段空腔部件的腔体内，在盖体边缘上方形成上下两段含有气氛的环状空腔。2.如权利要求1所述的用于AlN单晶生长扩径的PVT装置，其特征在于，加热器为电阻式加热，通过电极悬挂在保温层内侧和坩埚外侧之间。3.如权利要求1所述的用于AlN单晶生长扩径的PVT装置，其特征在于，所述环形源粉盖的外径与坩埚内径相同，其内径为20‑40mm，厚度2‑3mm，材料为金属钨。4.如权利要求1所述的用于AlN单晶生长扩径的PVT装置，其特征在于，所述坩埚体为下端封闭上端开口的圆筒，材料为金属钨或TaC。5.如权利要求1所述的用于AlN单晶生长扩径的PVT装置，其特征在于，所述盖体和籽晶托材料为金属钨、TaC或陶瓷。6.如权利要求1所述的用于AlN单晶生长扩径的PVT装置，其特征在于，所述两段式气氛空腔结构材料为金属钨或TaC。7.如权利要求1所述的用于AlN单晶生长扩径的PVT装置，其特征在于，所述气氛为高纯氮气，或氮气和氩气混合气。8.如权利要求1所述的用于AlN单晶生长扩径的PVT装置，其特征在于，所述上半段空腔部件的内径为20‑60mm，下半段空腔部件的内径为10‑40mm，上半段空腔部件和下半段空腔部件的高度均为5‑10mm。9.如权利要求1所述的用于AlN单晶生长扩径的PVT装置，其特征在于，增加设置测温热电偶，位于坩埚上方，用于监控温场情况。2CN113564713A说明书1/5页一种用于AlN单晶扩径生长的PVT装置技术领域[0001]本发明涉及晶体生长技术领域，尤其涉及一种用于AlN单晶扩径生长的物理气相输运法(PVT法)装置。背景技术[0002]AlN(氮化铝)的晶格常数和热膨胀系数与高Al组分AlGaN(氮化铝镓)非常接近，AlN单晶是氮化物的同质外延衬底能够显著减少外延层位错密度从而提高晶格质量，已经成为外延生长AlGaN基深紫外器件的最佳衬底，包括深紫外发光二极管、激光二极管和深紫外探测器。同时，AlN单晶与GaN的热失配仅有2.4％，并且散热性能优异，其并具有高击穿场强高硬度、电学性能优异等优异特性，是高温、高频大功率密度电子器件的重要材料基础。目前国际上成功实现大尺寸AlN单晶衬底的生长方法是物理气相输运法(即PVT法，基本原理是AlN源粉在坩埚底部高温处升华得到Al原子，在氮气环境下输运至坩埚顶部低温处结晶)。由于缺乏大尺寸AlN籽晶，PVT生长AlN单晶需要用尺寸较小的AlN单晶作籽晶，进行晶体扩径的PVT生长，逐步得到大尺寸AlN单晶。因此，扩大晶体尺寸的PVT生长是获得大尺寸单晶的核心技术。[0003]目前，国际上已有研究小组能够通过PVT法得到位错密度较低的2英寸高质量AlN单晶衬底，但面临培育