一种大尺寸高质量氮化铝单晶的生长方法
阅读：518发布：2020-05-13
专利汇可以提供一种大尺寸高质量氮化铝单晶的生长方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种大尺寸高 质量 氮化 铝 单晶的生长方法。使用 碳 化 硅 单晶 薄膜 做衬底；使用 光刻 方式在SiC籽晶背面制作网状槽，槽深小于薄膜厚度；在SiC籽晶背部采用 磁控溅射 工艺蒸 镀 一层碳化钽薄膜，用来保护籽晶背部SiC成分在高温条件下不挥发；在SiC籽晶底部放置一 块 石墨 平台用于导热；将AlN粉源存放于 坩埚 上方的环形粉源腔内，腔壁开孔，使AlN挥发的气氛从粉源腔内输运至籽晶区域。通过使用本方法，该厚度为微米量级的SiC单晶膜籽晶具有籽晶的功能，并且能抑制热失配时对AlN单晶的破坏。采用无籽晶固定的方式将籽晶直接放于石墨托上，并结合籽晶在坩埚底部，粉源在坩埚顶部的结构，可以实现低应 力 条件的AlN单晶生长。，下面是一种大尺寸高质量氮化铝单晶的生长方法专利的具体信息内容。
一种大尺寸高质量氮化铝单晶的生长方法
技术领域
[0001] 本发明涉及单晶制备，尤其涉及一种大尺寸高质量氮化铝单晶的生长方法。
背景技术
[0002] 氮化铝是非常重要的第三代宽带隙半导体材料，具有直接带隙宽（6.2eV），热导率高，热稳定性高和介电常数低（8.6）的诸多优良特性，在高温、高功率、高频器件和短波长发光二极管等方面具有巨大的应用前景。氮化铝单晶由于可以和其它III-V组氮化物如GaN、InN等形成连续固溶体，其发射光可以从近红外到紫外区域连续变化。因此，作为衬底，可以异质结的方式生长三族氮化物。高质量的氮化铝单晶衬底可以显著降低氮化物外延层中的缺陷密度，极大地提高器件效率和寿命。因此，获得高质量的氮化铝单晶具有重要的意义。
[0003] 块体氮化铝单晶生长一般采用物理气相输运方法（PVT），由于目前没有大尺寸AlN单晶，因此通常使用SiC单晶作为籽晶。SiC材料与AlN材料的晶格失配约1%，热失配高于160%。因此，在使用PVT方法和SiC为籽晶的系统中，存在因热失配导致的AlN晶体开裂问题。
发明内容
[0004] 鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的是如何解决AlN晶体开裂问题是生长大尺寸、高质量AlN单晶的前提。目前已报道的解决方案大多是以发育同质籽晶的方向为主，即在AlN籽晶上生长AlN单晶。而目前市面上没有大尺寸高质量AlN籽晶售卖，因此，国内外各研究单位大多只能以籽晶扩大的方法，不断繁衍，获得大尺寸AlN晶体和籽晶，估算若想获得4英寸的衬底，需要至少十年以上。因此，试用该技术近期无法获得重要突破。因此，本发明提出一种大尺寸高质量氮化铝单晶的生长方法，即抑制AlN晶体开裂的方法。
[0006] （2）、使用光刻方式在SiC籽晶背面制作网状槽，槽深小于薄膜厚度。
[0008] （4）、在SiC籽晶底部放置一块石墨平台用于导热。
[0009] （5）、将AlN粉源存放于坩埚上方的环形粉源腔内，腔壁开孔，使AlN挥发的气氛从粉源腔内输运至籽晶区域。
[0010] 本发明所述步骤（1）中，选择碳化硅单晶薄膜厚度小于10微米。
[0011] 本发明所产生的有益效果是：通过使用本方法，该厚度为微米量级的SiC单晶膜籽晶具有籽晶的功能，并且能抑制热失配时对AlN单晶的破坏。采用无籽晶固定的方式将籽晶直接放于石墨托上，并结合籽晶在坩埚底部，粉源在坩埚顶部的结构，可以实现低应力条件的AlN单晶生长。附图说明
[0012] 图1为SiC籽晶及背面网状槽栅格俯视示意图；图2为SiC籽晶及背面网状槽栅格侧视示意图；
图3为AlN单晶生长结构示意图。
图3为AlN单晶生长结构示意图。
具体实施方式
[0013] 以下结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0014] （1）购买碳化硅（SiC）单晶薄膜做衬底（其择优厚度小于10微米），并使用光刻设备（或激光切割设备）在籽晶背部做网状刻槽，槽为方格状（不限于该形状），网格宽度（刻槽间距）为毫米量级，网格深度为薄膜厚度的一半（如图1、图2所示）。
[0016] （3）按图3方式安装单晶生长装置，热场满足上热下冷的温度分布方式。单晶生长装置包括内保温层1；石墨导热托2；感应线圈3；AlN粉源4；上测温孔5；上部保温层6；下测温孔7；SiC籽晶8；石墨坩埚9；外保温层10。
[0017] （4）按传统的工艺进行AlN晶体生长。降温后，SiC籽晶将沿刻槽网格大量碎裂，而AlN单晶保持完整性。
[0018] 使用厚度极小的碳化硅单晶薄膜做衬底（其择优厚度小于10微米）；其二，使用激光切割设备或光刻设备，在SiC籽晶背面制作网状槽，槽深度小于薄膜厚度，如图1、图2所示。该网状刻槽的作用是当AlN单晶生长完毕，热失配导致应力上升时，促进SiC籽晶的碎裂，并起到保护AlN单晶锭不受破坏的作用。
[0019] 此外，在SiC背部采用磁控溅射工艺蒸镀一层TaC（碳化钽）薄膜，用来保护籽晶背部SiC成分在高温条件下不挥发。当所生长的AlN晶体厚度达到mm以上量级时，降温过程中AlN单晶和SiC籽晶由于热失配导致的应力作用，最终会以SiC籽晶碎裂的方式进行释放，从而能保证氮化铝单晶的完整性。
[0020] 在方法中，碳化硅单晶薄膜的制备技术已有报道，可使用商用销售的产品。而激光切割设备，或光刻方法也属于成熟技术（但不限制其它方法）。在氮化铝单晶生长方式也与传统不同，采用籽晶在坩埚底部的方式进行生长，生长结构见图3。其中，在SiC籽晶底部放置一块石墨平台用于导热，SiC籽晶与石墨平台之间无粘结。AlN粉源存放于坩埚上方的环形粉源腔内，腔壁开孔，可使AlN挥发的气氛从粉源腔内输运至籽晶区域。
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