一种制备晶体的设备及方法技术

本发明专利技术提供了一种制备晶体的设备及方法，包括：设备主体、固定于设备主体的热源、固定于设备主体且位于热源内的生长室以及固定于生长室且位于热源和生长室之间的至少两层调温件组，生长室具有用于容纳源料的容纳腔，调温件组的调温件的一端固定于生长室，另一端间隔热源设置，同一层调温件组的调温件的长度相等，相邻层所述调温件组的调温件的长度不相等，热源产生的热量传导至调温件并被调温件传导至生长室。同一层调温件组的调温件的长度相等，相邻层所述调温件组的调温件的长度不相等，可以通过调节调温件的长度改变生长室的温场的温度分布，保证生长室能够提供适合于晶体生长的温度梯度。生长的温度梯度。生长的温度梯度。

A device and method for preparing crystals

【技术实现步骤摘要】
一种制备晶体的设备及方法


[0001]本专利技术属于晶体生长设备
，尤其涉及一种制备晶体的设备及方法。

技术介绍

[0002]氮化铝具有超宽带隙(6.2eV)、高的击穿场强(11.7*106V
·
cm
‑1)、高的热导率(实测值3.16W
·
cm
‑1·
K
‑1)、抗辐射、耐酸碱以及高稳定性等优异性质，可用于深紫外LED、LD、大功率电子以及核反应堆震动探测等器件的制备。此外，氮化铝(AlN)与氮化镓(GaN)以及铝镓氮(AlGaN)具有小的晶格失配和热失配，是GaN和AlGaN作为功能层器件的理想衬底材料。因此，AlN单晶的制备对光电及电子器件的制备意义重大。而目前物理气相传输(PVT)法是制备AlN单晶衬底最理想的方法。
[0003]目前用于AlN晶体生长的设备主要有感应加热石墨系统炉和电阻加热金属炉，这两种设备均是通过给定足够高的功率来达到AlN晶体的生长温度。相关技术中为了达到合适AlN晶体生长的温差，通常使用辅助加热器来调节温度梯度。辅助加热器一方面在设计、安装及维护等方面加大了晶体生长设备的制备难度，同时也提高了设备的成本；另一方面由于腔体内的空间限制，辅助加热器仅能设计为结构较为简单的平面结构，该结构的加热器具有低电阻、低发射率的特点，且仅能实现生长室顶部的局域加热，导致适合于晶体生长的温度梯度无法满足。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种制备晶体的设备及方法，旨在解决相关技术中制备晶体的设备适合于晶体生长的温度梯度无法满足的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术第一方面提供了一种制备晶体的设备，包括：设备主体、固定于所述设备主体的热源、固定于所述设备主体且位于所述热源内的生长室以及固定于所述生长室且位于所述热源和所述生长室之间的至少两层调温件组，所述生长室具有用于容纳源料的容纳腔，所述调温件组的调温件的一端固定于所述生长室，另一端间隔所述热源设置，同一层所述调温件组的调温件的长度相等，相邻层所述调温件组的调温件的长度不相等，所述热源产生的热量传导至所述调温件并被所述调温件传导至所述生长室。
[0006]优选地，且沿所述容纳腔的长度延伸方向上各所述调温件的长度呈梯度分布。
[0007]优选地，所述生长室具有底部和与所述底部相对设置的顶部，相邻所述调温件层中更靠近所述生长室底部的调温件的长度大于更远离所述生长室的底部的调温件的长度，每层所述调温件组具有间隔设置的至少四个所述调温件。
[0008]优选地，所述调温件包括固定于所述生长室远离所述容纳腔的一侧的导热臂和固定于所述导热臂远离所述生长室的一端的受热部，各所述导热臂的长度沿所述容纳腔的长度延伸方向上依次减小，所述受热部与所述热源之间具有间隔，所述受热部靠近所述热源的一侧具有受热区域，位于同一层且相邻所述受热部之间具有间隔。
[0009]优选地，所述导热臂与所述受热部的连接处设于所述受热部的两端之间，所述导
热臂的横截面呈矩形结构或类梯形结构，所述受热部靠近所述热源的一侧为弧面。
[0010]优选地，所述弧面的弧形曲率为0cm
‑1‑
0.05cm
‑1，且所述弧面的粗糙度R
a
大于25。
[0011]优选地，所述导热臂的长度取值范围为2mm
‑
35mm，厚度取值范围为0.1mm
‑
2.5mm；所述受热部的长度取值范围为2mm
‑
35mm，厚度取值范围为0.3mm
‑
2.5mm。
[0012]优选地，所述调温件的材质包括钨，所述调温件的表面设有涂层，所述涂层的吸收率大于所述钨的吸收率，所述涂层的厚度取值范围为500nm
‑
200um。
[0013]优选地，所述生长室的外侧套设固定有至少两固定环，各所述固定环沿所述容纳腔的长度延伸方向分布，各所述调温件固定在所述固定环。
[0014]本专利技术第二专利技术提供了一种制备晶体的方法，应用于如上述的制备氮化铝晶体的设备，包括：
[0015]根据调温件长度与生长室温度的对应关系，于所述生长室上设置至少两层调温件组；其中，同一层所述调温件组的调温件的长度相等，相邻层所述调温件组的调温件的长度不相等，所述调温件组的调温件的长度越长，所述生长室的对应位置的吸收热量能力越强；
[0016]向所述生长室的容纳腔放置源料；
[0017]在所述热源产生热量且所述热量经过所述调温件传导至所述生长室之后，所述生长室的实际温度梯度与晶体生长的目标温度梯度相同，所述源料吸收热量升华，在低温处沉积得到晶体。
[0018]本专利技术中一种制备晶体的设备及方法与现有技术相比，有益效果在于：由于热源产生的热量通过调温件传导至生长室，此时调温件越长，则生长室对应的位置获得的热量越多，使得生长室对应位置的温度越高，从而实现利用调节调温件的长度控制生长室的温度；同一层调温件组的调温件的长度相等，相邻层所述调温件组的调温件的长度不相等，可以通过调节调温件的长度改变生长室的温场的温度分布，使得沿容纳腔的长度延伸方向设置的各调温件的长度依次增大或减小，保证生长室能够提供适合于晶体生长的温度梯度；同时，相比于现有技术中热源直接通过辐射传导的方式将热量传导至生长室，本申请在生长室上设置调温件可以提升生长室适用于晶体生长的温场区域高度，从而增长适合于晶体生长的有效空间。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例1中一种制备晶体的设备中调温件纵向连接的主视方向剖面图；
[0020]图2是本专利技术实施例1中一种制备晶体的设备中调温件纵向连接的俯视方向剖面图；
[0021]图3是本专利技术实施例1中一种制备晶体的设备中调温件横向连接的主视方向剖面图；
[0022]图4是本专利技术实施例1中一种制备晶体的设备中调温件横向连接的俯视方向剖面图；
[0023]图5是本专利技术实施例1中一种制备晶体的设备中调温件的涂层示意图；
[0024]图6是本专利技术实施例2中一种制备晶体的方法的流程示意图。
[0025]在附图中，各附图标记表示：1、生长室；11、容纳腔；2、调温件组；21、调温件；211、
导热臂；212、受热部；3、涂层。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0027]PVT法制备AlN晶体的基本生长原理为在高温氮气环境下，AlN源在高温(大于2200℃)下升华，在较低温下沉积得到AlN晶体，在这一过程中温度及温度差对晶体的影响至关重要，国内外各研究小组在温度场对晶体生长的影响上都已做了深入研究，具体如下：
[0028]晶体生长杂志出版的PVT法籽晶诱导氮化铝晶体生长方法(Approa本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备晶体的设备，其特征在于，包括：设备主体、固定于所述设备主体的热源、固定于所述设备主体且位于所述热源内的生长室以及固定于所述生长室且位于所述热源和所述生长室之间的至少两层调温件组，所述生长室具有用于容纳源料的容纳腔，所述调温件组的调温件的一端固定于所述生长室，另一端间隔所述热源设置，同一层所述调温件组的调温件的长度相等，相邻层所述调温件组的调温件的长度不相等，所述热源产生的热量传导至所述调温件并被所述调温件传导至所述生长室。2.根据权利要求1所述的制备晶体的设备，其特征在于，沿所述容纳腔的长度延伸方向上各所述调温件的长度呈梯度分布。3.根据权利要求2所述的制备晶体的设备，其特征在于，所述生长室具有底部和与所述底部相对设置的顶部，相邻所述调温件层中更靠近所述生长室底部的调温件的长度大于更远离所述生长室的底部的调温件的长度，每层所述调温件组具有间隔设置的至少四个所述调温件。4.根据权利要求3所述的制备晶体的设备，其特征在于，所述调温件包括固定于所述生长室远离所述容纳腔的一侧的导热臂和固定于所述导热臂远离所述生长室的一端的受热部，各所述导热臂的长度沿所述容纳腔的长度延伸方向上依次减小，所述受热部与所述热源之间具有间隔，所述受热部靠近所述热源的一侧具有受热区域，位于同一层且相邻所述受热部之间具有间隔。5.根据权利要求4所述的制备晶体的设备，其特征在于，所述导热臂与所述受热部的连接处设于所述受热部的两端之间，所述导热臂的横截面呈矩形结构或类梯形结构，所述受热部靠近所述热源的一侧为弧面。6.根据权利要求5所述的制备晶体的设备，其特征在于，所述弧面的弧形曲率为0cm
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【专利技术属性】
技术研发人员：覃佐燕，武红磊，李文良，金雷，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：