氮化铝晶体的扩径制造技术

在各种实施例中，氮化铝单晶在生长过程中快速扩径并且具有较大的晶体增强参数。氮化铝单晶可以具有较大的晶锭质量和体积。氮化铝单晶可以在增强的径向热梯度下从气相生长，实现较高的扩径率。较高的扩径率。较高的扩径率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化铝晶体的扩径
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2019年8月15日提交的美国临时专利申请No.62/887,033的权益和优先权，通过引用，该临时申请全文纳入本申请中。


[0003]在不同实施例中，本专利技术涉及单晶氮化铝(AlN)的制备。

技术介绍

[0004]氮化铝(AlN)作为众多应用的半导体材料具有非常广阔的前景，例如，光电器件(如短波长发光二极管(LED))和激光器、光存储介质的介质层、电子衬底及要求高热导率的芯片载体等。原则上，AlN的性质允许发射波长低至大约200纳米(nm)的光。近来的工作表明，采用块状AlN单晶制备的低缺陷AlN衬底制作的紫外(UV)LED具有优异的性能。采用AlN衬底，由于热导率高、电导率低，因此，预期还会改善由氮化物半导体制备的高功率射频(RF)器件的性能。但是，AlN半导体器件的商业可行性因低缺陷AlN单晶稀少且成本高昂而受到限制。
[0005]为了更容易地获得经济高效的单晶AlN衬底，并且使在其上制备的器件具有商业可行性，需要以较高生长速率(>0.5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种AlN单晶，其直径沿AlN单晶长度的至少一部分从最小直径增加到最大直径，所述AlN单晶以mm为单位的晶体增强参数(CAP)大于20，CAP定义为：其中A
E
，以mm2为单位，是AlN单晶最大直径处的横截面积；d
E
是AlN单晶的最大直径，以mm为单位；A
S
，以mm2为单位，是AlN单晶最小直径处的横截面积；d
S
是最小直径，以mm为单位；以及L
E
是AlN单晶至少一部分的扩展长度，以mm为单位，直径沿扩展长度从最小直径增加到最大直径。2.根据权利要求1所述的AlN单晶，其中CAP大于500。3.根据权利要求1所述的AlN单晶，其中CAP小于2000。4.根据权利要求1所述的AlN单晶，其中AlN单晶的总长度(以mm为单位)与最大直径(以mm为单位)的比值是大约0.3至大约0.6。5.根据权利要求1所述的AlN单晶，其中AlN单晶的扩展长度(以mm为单位)与最大直径(以mm为单位)的比值是大约0.002至大约0.02。6.根据权利要求1所述的AlN单晶，其中AlN单晶的扩展长度(以mm为单位)与最大直径(以mm为单位)的比值是大约0.08至大约0.5。7.根据权利要求1所述的AlN单晶，其中(a)所述AlN单晶的第一区域成形为截头锥体，截头锥体的最大直径与AlN单晶的最大直径对应，截头锥体的最小直径与AlN单晶的最小直径对应，以及(b)AlN单晶的第二区域成形为从第一区域延伸的圆顶或圆锥，圆顶或圆锥的最大直径与氮化铝单晶的最大直径对应。8.根据权利要求1所述的AlN单晶，其中(a)所述AlN单晶的第一区域成形为截头锥体，截头锥体的最大直径与AlN单晶的最大直径对应，截头锥体的最小直径与AlN单晶的最小直径对应，(b)AlN单晶的第二区域可以成形为从第一区域延伸的圆柱体，其直径与AlN单晶的最大直径对应，以及(c)AlN单晶的第三区域成形为从第二区域延伸的圆顶或圆锥，圆顶或圆锥的最大直径与氮化铝单晶的最大直径对应。9.根据权利要求1所述的AlN单晶，其中(i)所述AlN单晶的贯通刃状位错密度小于大约1
×
104cm
‑2，(ii)所述AlN单晶的贯通螺旋位错密度小于大约10cm
‑2和(iii)AlN单晶的X
‑
射线摇摆曲线的半最大值全宽度小于50弧秒。10.根据权利要求1所述的AlN单晶，其中所述AlN单晶在5.85eV至6.0eV的入射光子能量范围内的乌尔巴赫能量是大约0.2eV至大约1.8eV，乌尔巴赫能量E
U
定义如下：其中α是AlN单晶在入射光子能量hv下的吸收系数，以及α0是与零光子能量下的吸收系数对应的常数。11.根据权利要求10所述的AlN单晶，其中所述AlN单晶的乌尔巴赫能量范围是大约0.21eV至大约1.0eV。12.根据权利要求1所述的AlN单晶，其中所述AlN单晶在220nm至280nm的整个波长范围内的紫外(UV)吸收系数小于10cm
‑1。13.根据权利要求12所述的AlN单晶，其中在220nm至280nm的整个波长范围内的紫外
(UV)吸收系数不小于大约5cm
‑1。14.根据权利要求1所述的AlN单晶，其中所述AlN单晶的最小直径是至少大约25mm。15.根据权利要求1所述的AlN单晶，其中所述AlN单晶的最大直径是至少大约50mm。16.一种AlN单晶，其质量大于78g。17.根据权利要求16所述的AlN单晶，其中所述质量大于大约240g。18.根据权利要求16所述的AlN单晶，其中所述质量小于大约1400g。19.根据权利要求16所述的AlN单晶，其中所述AlN单晶的最小直径是至少大约25mm。20.根据权利要求16所述的AlN单晶，其中所述AlN单晶的最大直径是至少大约50mm。21.根据权利要求16所述的AlN单晶，其中(i)所述AlN单晶的贯通刃状位错密度小于大约1
×
104cm
‑2，(ii)所述AlN单晶的贯通螺旋位错密度小于大约10cm
‑2，并且(iii)所述AlN单晶的X
‑
射线摇摆曲线的半最大值全宽度小于50弧秒。22.根据权利要求16所述的AlN单晶，其中所述AlN单晶在5.85eV至6.0eV的入射光子能量范围内的乌尔巴赫能量是大约0.2eV至大约1.8eV，乌尔巴赫能量E
U
定义如下：其中α是AlN单晶在入射光子能量hv下的吸收系数，以及α0是与零光子能量下的吸收系数对应的常数。23.根据权利要求22所述的AlN单晶，其中所述AlN单晶的乌尔巴赫能量范围是大约0.21eV至大约1.0eV。24.根据权利要求16所述的AlN单晶，其中所述AlN单晶在220nm至280nm的整个波长范围内的紫外(UV)吸收系数小于10cm
‑1。25.根据权利要求24所述的AlN单晶，其中在220nm至280nm的整个波长范围内的紫外(UV)吸收系数不小于大约5cm
‑1。26.根据权利要求16所述的AlN单晶，其中所述AlN单晶的直径沿AlN单晶长度的至少一部分从最小直径增加到最大直径，所述AlN单晶以mm为单位的晶体增强参数(CAP)大于20，CAP定义为：其中A
E
，以mm2为单位，是AlN单晶最大直径处的横截面积；d
E
是AlN单晶的最大直径，以mm为单位；A
S
，以mm2为单位，是AlN单晶最小直径处的横截面积；d
S
是最小直径，以mm为单位；以及L
E
是AlN单晶至少一部分的扩展长度，以mm为单位，直径沿扩展长度从最小直径增加到最大直径。27.根据权利要求16所述的AlN单晶，其中AlN单晶的总长度(以mm为单位)与AlN单晶的最大直径(以mm为单位)的比值是大约0.3至大约0.6。28.根据权利要求16所述的AlN单晶，其中：所述AlN单晶的直径沿AlN单晶长度的至少一部分从最小直径增加到最大直径，所述AlN单晶的扩展长度与AlN单晶至少一部分的长度对应，所述直径沿扩展长度从最小直径增加到最大直径，以及AlN单晶的扩展长度(以mm为单位)与最大直径(以mm为单位)的比值是大约0.002至大
约0.02。29.根据权利要求16所述的AlN单晶，其中：所述AlN单晶的直径沿AlN单晶长度的至少一部分从最小直径增加到最大直径，所述AlN单晶的扩展长度与AlN单晶至少一部分的长度相对应，直径沿该长度从最小直径增加到最大直径，以及AlN单晶的扩展长度(以mm为单位)与最大直径(以mm为单位)的比值是大约0.08至大约0.5。30.根据权利要求16所述的AlN单晶，其中(i)所述AlN单晶的第一区域成形为截头锥体，并且(ii)所述AlN单晶的第二区域成形为从所述第一区域延伸的圆顶或圆锥。31.根据权利要求16所述的AlN单晶，其中(a)所述AlN单晶的第一区域成形为截头锥体，(b)所述AlN单晶的第二区域成形为从第一区域延伸的圆柱体，以及(c)所述AlN单晶的第三区域成形为从第二区域延伸的圆顶或圆锥。32.一种AlN单晶，其体积大于24cm3。33.根据权利要求32所述的AlN单晶，其中所述体积大于大约70cm3。34.根据权利要求32所述的AlN单晶，其中所述体积小于大约500cm3。35.根据权利要求32所述的AlN单晶，其中所述AlN单晶的最小直径是至少大约2...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：晶化成半导体公司，
类型：发明
国别省市：