一种用于实现氮化铝单晶生长所需温度分布的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于实现氮化铝单晶生长所需温度分布的方法。在采用的高温炉中没有设置双加热器热场条件下，采取在高温炉中垂直放置圆形加热器，同轴放置钨坩埚和圆形钨套筒，圆形钨套筒和钨坩埚的底部与圆形加热器垂直方向的中部在同一水平面上；圆形钨套筒分为薄壁区域和厚壁区域。通过在钨坩埚的外侧嵌套具有特定外形的钨套筒，利用金属钨高热导和高比热容的特点来实现高实现温度分布模式的精确重构，最终满足氮化铝单晶生长对温度分布的要求。采用本发明专利技术有效避免常规方法所引入的高温炉温度分布模式设计难度大、单晶生长工艺复杂度的显著提升、设备成本、维护成本显著提升等问题。等问题。等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于实现氮化铝单晶生长所需温度分布的方法


[0001]本专利技术涉及高温炉温度分布的优化，特别涉及一种用于实现氮化铝单晶生长所需温度分布的方法，是一种用于实现氮化铝单晶生长高温炉温度分布模式的重构方法。

技术介绍

[0002]使用高温炉生长氮化铝单晶时，生长坩埚下方的区域放置原料，上方区域是氮化铝晶体生长区。为了抑制氮化铝生长用的原料在升温阶段尤其是温度在1700
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2100℃时籽晶上的多晶沉积行为，需要高温炉中生长坩埚所处位置的温度分布模式满足上热下凉，并在晶体的恒温生长阶段满足下热上凉的要求。然而对于只有一个加热器的高温炉，由于其内部结构直接决定了高温炉内的温度分布模式，因此在任意阶段都无法实现温度分布模式的重构。
[0003]为了实现高温炉内温度分布模式的重构，并获得满足氮化铝单晶生长在升温阶段和恒温阶段对温度分布模式不同的需求，通常需要采用上下分布的双加热器结构，并通过调节上下两个加热器的功率，在升温阶段使位于坩埚上方的氮化铝晶体生长区相对位于坩埚下方的原料挥发区具有更高的温度；在进入晶体生长的恒温阶段，通过降低上加热器的功率，获得下热上凉的温度分布模式。然而双加热器的使用导致：（1）高温炉温度分布模式设计难度大、单晶生长工艺复杂度的显著提升；（2）设备成本、维护成本显著提升。

技术实现思路

[0004]为了在使用一个加热器工作的高温炉内获得满足升温阶段上热下凉、恒温阶段下热上凉的温度分布模式，本专利技术提出了一种用于实现氮化铝单晶生长所需温度分布的方法。该方法利用金属钨的高热导和高比热容的特点，在生长用钨坩埚的外侧嵌套一个下方为厚壁、上方为薄壁的圆形钨套筒。利用金属钨的高比热容的特点，令钨套筒厚壁部分对应的原料挥发区域的温度在升温阶段始终低于薄壁区域对应的氮化铝晶体生长区；利用金属钨的高热导的特点，令钨套筒厚壁区域对应的原料挥发区域的温度在恒温阶段高于薄壁区域对应的氮化铝晶体生长区的温度，从而实现高温炉内的温度分布模式的重构。
[0005]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种用于实现氮化铝单晶生长所需温度分布的方法是在采用的高温炉中没有设置双加热器热场条件下，采取在高温炉中垂直放置一个圆形加热器，所述圆形加热器内同轴放置钨坩埚，所述钨坩埚外侧同轴放置圆形钨套筒，所述圆形钨套筒和钨坩埚的底部与所述圆形加热器垂直方向的中部在同一水平面上；所述圆形钨套筒分为两个区域，其中上半部分为薄壁区域、下半部分为厚壁区域；执行高温炉自动升温程序，其中圆形加热器工作0h
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3h为升温阶段；当所述圆形加热器的输出功率在所述升温阶段从0kW线性增加至30kW过程中，靠近所述圆形钨套筒薄壁区域的所述钨坩埚上部的温度为：从升温1h的898
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902 ℃增加至升温3h的2245
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2250℃；靠近所述圆形钨套筒厚壁区域的所述钨坩埚下半部的温度为：从升温1h的890
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894℃增加至升温3h的2235
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2240℃；当圆形加热器以输出功率为30 kW工作3h后为恒温阶段，进入恒温阶段2h后，
靠近所述圆形钨套筒薄壁区域的所述钨坩埚上部的温度为2280
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2285℃；靠近所述圆形钨套筒厚壁区域的所述钨坩埚下部的温度为2300
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2305 ℃；最终在氮化铝单晶生长所需的升温阶段实现所述钨坩埚的温度分布类型为“上热下凉”；在氮化铝单晶生长所需的恒温阶段实现所述钨坩埚的温度分布类型为“下热上凉”。
[0006]本专利技术提供了一种用于实现氮化铝单晶生长所需温度分布的方法，其中位于圆形钨套筒上方的薄壁区域一方面给氮化铝单晶的生长提供了所需的温差，另一方面使生长钨坩埚上方对应的薄壁区域在升温阶段比厚壁区域具有更高的瞬时温度，并在生长系统稳定后实现下热上凉的温度分布状态。不仅如此，位于圆形钨套筒下方的厚壁区域还起到了均匀温度分布的作用，可以有效降低钨坩埚下方的温差，保证氮化铝的生长原料在晶体生长过程中维持均匀挥发，并最终实现了温度分布模式分别在氮化铝晶体的升温阶段和恒温阶段的重构。
[0007]本专利技术所产生的有益效果是：与传统使用双加热器实现升温阶段上热下凉、恒温阶段下热上冷的温度分布的方式相比，本方法不仅可以有效避免常规方法所引入的高温炉温度分布模式设计难度大、单晶生长工艺复杂度的显著提升、设备成本、维护成本显著提升等问题，而且在恒温阶段，由于位于钨坩埚下方区域的温差更小、温度分布更加均匀，可以令原料的挥发更加均匀稳定。
附图说明
[0008]图1是本专利技术用于实现氮化铝单晶生长所需温度分布的结构相对位置剖面示意图；图2是图1中圆形加热器三维结构示意图；图3是图1中圆形钨套筒三维结构示意图；图4是本专利技术实施例1中加热器升温1 h钨坩埚上下方区域的温度分布示意图；图5是本专利技术实施例1中加热器升温3 h钨坩埚上下方区域的温度分布示意图；图6是本专利技术实施例1中加热器升温5 h钨坩埚上下方区域的温度分布示意图；图7是本专利技术实施例2中加热器升温1 h钨坩埚上下方区域的温度分布示意图；图8是本专利技术实施例2中加热器升温3 h钨坩埚上下方区域的温度分布示意图；图9是本专利技术实施例2中加热器升温5 h钨坩埚上下方区域的温度分布示意图；图10是本专利技术实施例3中加热器升温1 h钨坩埚上下方区域的温度分布示意图；图11是本专利技术实施例3中加热器升温3 h钨坩埚上下方区域的温度分布示意图；图12是本专利技术实施例3中加热器升温5 h钨坩埚上下方区域的温度分布示意图。
实施方式
[0009]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明：如图1至图3所示，本方法在采用的高温炉中没有设置双加热器热场条件下，采取在高温炉中垂直放置一个圆形加热器3，圆形加热器3内同轴放置钨坩埚1，钨坩埚1外侧同轴放置圆形钨套筒2，圆形钨套筒2和钨坩埚1的底部与圆形加热器3垂直方向的中部在同一水平面上；圆形钨套筒2分为两个区域，其中上半部分为薄壁区域2
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1、下半部分为厚壁区域2
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2；执行高温炉自动升温程序，其中圆形加热器3工作0h
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3h为升温阶段；当圆形加热器3的
输出功率在升温阶段从0kW线性增加至30kW过程中，靠近圆形钨套筒薄壁区域2
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1的钨坩埚1上部的温度为：从升温1h的898
‑
902 ℃增加至升温3h的2245
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2250℃；靠近圆形钨套筒厚壁区域2
‑
2的钨坩埚1下半部的温度为：从升温1h的890
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894℃增加至升温3h的2235
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2240℃；当圆形加热器3以输出功率为30 kW工作3h后为恒温阶段，进入恒温阶段2h后，靠近圆形钨套筒薄壁区域2
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1的钨坩埚1上部的温度为2280
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2285℃；靠近圆形钨套筒厚壁区域2
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2的钨坩埚1下部的温度为2300
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于实现氮化铝单晶生长所需温度分布的方法，其特征在于，所述方法是在采用的高温炉中没有设置双加热器热场条件下，采取在高温炉中垂直放置一个圆形加热器，所述圆形加热器内同轴放置钨坩埚，所述钨坩埚外侧同轴放置圆形钨套筒，所述圆形钨套筒和钨坩埚的底部与所述圆形加热器垂直方向的中部在同一水平面上；所述圆形钨套筒分为两个区域，其中上半部分为薄壁区域、下半部分为厚壁区域；执行高温炉自动升温程序，其中圆形加热器工作0h
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3h为升温阶段；当所述圆形加热器的输出功率在所述升温阶段从0kW线性增加至30kW过程中，靠近所述圆形钨套筒薄壁区域的所述钨坩埚上部的温度为：从升温1h的898
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902 ℃增加至升温3h的2245
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2250℃；靠近所述圆形钨套筒厚壁区域的所述钨坩埚下半部的温度为：从升温1h的890
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894℃增加至升温3h的2235
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2240℃；当圆形加热器以输出功率为30 kW工作3h后为恒温阶段，进入恒温阶段2h后，靠近所述圆形钨套筒薄壁区域的所述钨坩埚上部的温度为2280
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2285℃；靠近所述圆形钨套筒厚壁区域的所述钨坩埚下部的温度为2300
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【专利技术属性】
技术研发人员：赖占平，王增华，程红娟，王英民，郝建民，张丽，殷利迎，史月增，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十六研究所，
类型：发明
国别省市：