【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于氮化铝单晶生长，具体涉及一种b掺杂aln单晶及制备方法。
技术介绍
1、aln晶体作为一种十分重要的超宽禁带半导体材料，不仅具有超高的禁带宽度(6.2ev),同时还具有高热导率(3.2w·cm-1k-1)、高电阻率及高表面声速(5600-6000m/s)等优异的物理性质，在激光器、大功率电子器件、光电子器件和声表面波器件中得到广泛应用。目前，物理气相传输法(pvt)是公认的制备大尺寸氮化铝单晶的有效途径，其生长机理主要是通过感应加热法在坩埚下方的高温区将aln原料升华，随后通过控制压力使升华的物料传输到低温生长区进行aln晶体的生长。整个过程中由于在封闭的氮气环境内进行，并且温度在2500℃以上，所以很难在生长过程中对aln实现外部气体的有效掺杂，但其他元素的掺杂对于提高aln整体性能方面尤为关键。
2、氮化硼目前是热导率性能最好的材料之一，b元素如果能够有效地掺入到氮化铝晶体中，能够有效的提升氮化铝在高温下的热导率，但目前国内尚未有报道表明已实现对aln单晶有效的故意掺杂，这主要是由于aln原料的升华温度在2500℃以上，掺杂的元素基本在达到aln的升华温度前就已经蒸发，故很难对aln单晶实现外来元素掺杂。
3、基于此，如何实现在pvt法生长aln单晶的过程中实现有效的b元素掺杂成为目前提高aln体块晶体性能亟待解决的难题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，尤其是aln原料升华温度过高，无法实现外来元素有效掺杂的难题，本专利技术提供一种
2、采用本专利技术的方法，能够实现掺杂的b源与aln原料同时进行升华，而不存在分层现象，从而使得掺杂b元素能够在aln单晶内均匀分布，而不存在偏析或者掺杂元素富集现象，使得元素掺杂更加均匀，并且不会对单晶生长产生影响。
3、为实现上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的：
4、本专利技术提供一种b掺杂aln单晶，所述b掺杂aln单晶中b与al的摩尔比为1:(5-10)。
5、本专利技术还提供上述b掺杂aln单晶的制备方法，由pvt法生长得到，步骤如下：
6、(1)设计坩埚内部的温区分隔套筒；所述分隔套筒中空，由上方的圆柱部件和下方的圆台部件构成；所述圆柱部件的底部半径与圆台部件的上底部半径相同，均为坩埚半径的1/3，所述圆台部件的下底部半径为坩埚底部半径的4/5；圆台部件高度与圆柱部件高度相同，均为坩埚高度的1/5；
7、(2)将所述分隔套筒置于坩埚底部中心位置，向所述分隔套筒内部放入氮化硼多晶颗粒料，分隔套筒外部填充氮化铝原料，氮化铝原料高度在分隔套筒高度的4/5以下；分隔套筒内部为低温区，外部为高温区；
8、(3)在坩埚顶部放置氮化铝籽晶，再将坩埚密封；
9、(4)将坩埚置于aln加热炉内，并设置为低埚位，所述低埚位下坩埚底部存在大于20℃的径向梯度；将坩埚内抽至真空后充入氮气，再进行升温生长，沉积面生长温度为2200-2250℃，生长结束后得到b掺杂aln单晶。
10、优选的，步骤(1)中，所述分隔套筒的材质为钨金属。
11、优选的，步骤(2)中，氮化硼多晶颗粒料与氮化铝原料的质量比为1:(8.2-16.4)，以保证所得b掺杂aln单晶中b与al的摩尔比为1:(5-10)。
12、进一步优选的，步骤(2)中，氮化硼多晶颗粒料与氮化铝原料的质量比为1:16.4。
13、优选的，步骤(2)中，氮化硼多晶颗粒的粒径为1-3mm。
14、进一步优选的，步骤(2)中，氮化硼多晶颗粒的粒径为2±0.5mm。
15、优选的，步骤(4)中，所述坩埚高度1/2处与线圈中心重合。
16、本专利技术中，氮化铝原料为经多次除杂后可直接用于aln单晶生长的氮化铝原料。
17、优选的，步骤(4)中所述加热炉为电阻炉。
18、优选的，步骤(4)中所述生长的时间为40-60h。
19、本专利技术具有以下有益技术效果:
20、(1)采用本专利技术的方法，能够实现掺杂的b源与aln原料同时进行升华，而不存在分层现象，从而使得b元素能够在aln单晶内均匀分布，而不存在偏析或者掺杂元素富集现象，使得元素掺杂更加均匀，并且不会对单晶生长产生附加难度。
21、(2)本专利技术中通过控制b元素与al元素的掺杂比获得了结晶质量高、掺杂均匀的b掺杂aln单晶，该晶体1000度以下的热导率明显高于纯aln单晶。
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1.一种B掺杂AlN单晶，其特征在于，所述B掺杂AlN单晶中B与Al的摩尔比为1:(5-10)。
2.如权利要求1所述的B掺杂AlN单晶的制备方法，其特征在于，由PVT法生长得到，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述分隔套筒的材质为钨金属。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氮化硼多晶颗粒料与氮化铝原料的质量比为1:(8.2-16.4)。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氮化硼多晶颗粒料与氮化铝原料的质量比为1:16.4。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氮化硼多晶颗粒的粒径为1-3mm。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氮化硼多晶颗粒的粒径为2±0.5mm。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述加热炉为电阻炉。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述坩埚高度1/2处与电阻炉线圈中心
10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述生长的时间为40-60h。
...【技术特征摘要】
1.一种b掺杂aln单晶，其特征在于，所述b掺杂aln单晶中b与al的摩尔比为1:(5-10)。
2.如权利要求1所述的b掺杂aln单晶的制备方法，其特征在于，由pvt法生长得到，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述分隔套筒的材质为钨金属。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氮化硼多晶颗粒料与氮化铝原料的质量比为1:(8.2-16.4)。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氮化硼多晶颗粒料与氮化铝原料的质...
【专利技术属性】
技术研发人员：王国栋，曹文豪，张雷，王守志，俞娇仙，徐现刚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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