【技术实现步骤摘要】
一种适用于AlN单晶生长的高温洁净腔室系统及其方法
本专利技术涉及光电子器件的制备
,涉及一种适用于AlN单晶生长的高温洁净腔室系统及AlN单晶生长方法。
技术介绍
氮化铝(AlN)晶体是第三代半导体材料的典型代表之一,具有宽带隙、高热导率、高电阻率、良好的紫外透过率、高击穿场强与较强的抗辐射能力,因而更适合用于制造高温、高频、抗辐射及大功率器件,如高能效光电子器件、高功率电子器件、固态激光探测器、高密度固态存储器等。同时,AlN晶体也是外延生长Ⅲ族氮化物的理想衬底材料,能够弥补Si衬底、蓝宝石衬底、SiC衬底等所存在的晶格失配大、热失配大的缺点。目前,AlN晶体的制备方法主要包括氢化物气相外延法(HVPE)、分子束外延法(MBE)、金属有机化合物气相沉积法(MOCVD)、物理气相传输法(PVT)等。其中,HVPE法生长速率高(最高可达100um/h),具有杂质自清洁效应,可以制备出厚度较大的AlN薄膜,大量研究证明,HVPE法是制备大尺寸AlN晶体的最有效途径之一。由于Al原子较低的迁移速率,HVPE法生长高质量AlN时,AlN高温生长区温度都高于1200℃。高的腔室温度对生长系统的耐高温、洁净特性提出了极大的挑战。同时,在低温金属Al源反应区生成的AlCl对石英具有很强的腐蚀性,且温度越高,反应生成的AlCl含量也越高,对石英管壁造成破损越严重。为此,需要尽量缩短低温金属Al源反应区与AlN高温生长区的距离,缓解AlCl对石英的腐蚀。为了克服高温下石英管壁的分解、变形和破损,目前HVPE法生长AlN的高温腔室多采用刚玉管作为外套筒。由于刚玉材料本 ...
【技术保护点】
一种适用于氮化铝单晶生长的高温洁净腔室系统,包括:外套筒、石英内筒、金属Al源放置皿、隔板、间隔双层绝缘光反射保温屏和石墨块;采用易于密封的石英管作为外套筒;外套筒两端为光滑的端面,并用两个法兰分别对外套筒两端进行密封;其中,一侧的法兰上设有进气口,另一侧的法兰上设有出气口;在靠近进气口一侧放置石英内筒,石英内筒尾端为一喷头;在石英内筒底部置入金属Al源放置皿,用于盛放Al源;隔板将金属Al源反应区与氮化铝高温生长区隔开;隔板上设有一开口,石英内筒尾端的喷头恰好嵌入隔板上的开口;外套筒上设置射频加热所需的感应线圈;间隔双层绝缘光反射保温屏置于石英外套筒内;间隔双层绝缘光反射保温屏包括外层保温屏和内层保温屏;内层保温屏嵌有一块支板;在支板上放置石墨块;将用于生长氮化铝的衬底放置于石墨块上;将金属Al源区域温度控制在450℃‑600℃之间;对石墨块加热形成高温生长区,使局部温度能达到1400℃以上;由此形成适用于氮化铝单晶生长的高温洁净腔室系统。
【技术特征摘要】
1.一种适用于氮化铝单晶生长的高温洁净腔室系统,包括:外套筒、石英内筒、金属Al源放置皿、隔板、间隔双层绝缘光反射保温屏和石墨块;采用易于密封的石英管作为外套筒;外套筒两端为光滑的端面,并用两个法兰分别对外套筒两端进行密封;其中,一侧的法兰上设有进气口,另一侧的法兰上设有出气口;在靠近进气口一侧放置石英内筒,石英内筒尾端为一喷头;在石英内筒底部置入金属Al源放置皿,用于盛放Al源;隔板将金属Al源反应区与氮化铝高温生长区隔开;隔板上设有一开口,石英内筒尾端的喷头恰好嵌入隔板上的开口;外套筒上设置射频加热所需的感应线圈;间隔双层绝缘光反射保温屏置于石英外套筒内;间隔双层绝缘光反射保温屏包括外层保温屏和内层保温屏;内层保温屏嵌有一块支板;在支板上放置石墨块;将用于生长氮化铝的衬底放置于石墨块上;将金属Al源区域温度控制在450℃-600℃之间;对石墨块加热形成高温生长区,使局部温度能达到1400℃以上;由此形成适用于氮化铝单晶生长的高温洁净腔室系统。2.如权利要求1所述高温洁净腔室系统,其特征是,所述隔板的表面光滑且绝缘;间隔双层绝缘光反射保温屏表面光滑且绝缘不导电,用于有效阻挡光的辐射热量,避免局部高温对石英管的热辐射而引起石英的分解与软化。3.如权利要求1所述高温洁净腔室系统,其特征是,所述保温屏材料绝缘不导电;本优选地,选用高纯氧化铝作为保温屏材料。4.如权利要求1所述高温洁净腔室系统,其特征是,在双层绝缘光反射保温屏之间填充二氧化锆粉末或氮化硅陶瓷粉末;或者将双层绝缘光反射保温屏形成一个封闭的系统,并将两层保温屏的间隙部分抽成真空;以增强双层绝缘光反射保温屏的隔热效果。5.如权利要求1所述高温洁净腔室系统,其特征是,石英内筒尾端的喷头为鸭嘴状。6.一种利用权利要求1~5所述高温洁净腔室系统的氮化铝单晶生长方法,包括如下步骤:1)将石英外套筒置于腔室内,石英外套筒两端需为光滑的端面,并用两个法兰分别对外套筒两端进行密封;其中,一侧的法兰上设有进气口,另一侧的法兰上设有出气口;2)在靠近进气口一侧放置石英内筒,石英内筒尾端为形如鸭嘴状的喷头;3)在石英内筒底部置入金属Al源放置皿,用于盛放Al源;4)在石英外套筒内立置一块隔板,将腔室分为金属Al源反应区与AlN高温生长区;同时,隔板上有一开口,石英...
【专利技术属性】
技术研发人员:吴洁君,程玉田,于彤军,韩彤,张国义,
申请(专利权)人:北京大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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