一種用于AlN晶體生長的籽晶，它涉及一種用于AlN晶體生長的材料。它要解決現有采用自發成核難以獲得大尺寸AlN晶體，采用異質籽晶方法生長出的AlN晶體雜質含量高的問題。用于AlN晶體生長的籽晶為經過退火工藝處理后的AlN陶瓷片。用于AlN晶體生長的籽晶還可以為經過退火工藝處理后再進行拋光處理的AlN陶瓷片，或者在拋光后的陶瓷片表面鍍上AlN薄膜，以得到用于AlN晶體生長的籽晶。采用本發明專利技術用于AlN晶體生長的籽晶生長出的AlN晶體尺寸較大，雜質含量少。本發明專利技術主要應用于半導體器件中AlN晶體的生長。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種用于AlN晶體生長的材料。
技術介紹
AlN晶體是一種重要的寬禁帶(6. 2eV)半導體材料，具有高熱導率(3. 2W · CnT1 · Γ1)、高電阻率(1013 1015Ω · m)和高表面聲速(560(T6000m/s)等優異的物理性質，被廣泛應用于激光器、大功率電子器件、光電子器件和表面聲波器件等半導體器件中。目前，物理氣相傳輸(Physical Vapor Transport, PVT)法被公認為是制備大尺寸AlN晶體的有效途徑之一。在PVT法自發成核生長AlN晶體的過程中，晶體生長初期的成核階段是最重要的生長階段，但是此階段難以控制，表現為自發成核的均勻度、成核大小和成核取向等受生長條件的影響較大，直接影響著后期AlN晶體生長的質量。除了生長工藝參數對AlN晶體自發成核有重要的影響之外，襯底材料的不同對晶體的自發成核質量也有著一定的影響，理想的襯底材料應當是與AlN的晶格常數(纖鋅礦結構: =3.110 A,r=4.978 Α)、熱膨脹系數(熱膨脹系數α =4. 15 X 10_6/Κ，α。=5. 27 X 10_6/Κ)和熱導率(K =3. 2W · cnT1 · Γ1)較接近的材料。米用PVT法生長AlN晶體時，桿晶的使用將有助于獲得大尺寸聞質量的AlN晶體，在這個過程中，最理想的籽晶材料無疑是AlN單晶本身。然而，目前國內外相關研究機構對AlN單晶生長的研究尚處于實驗室探索階段，全世界只有美國Crystal IS公司和俄羅斯N-Crystals公司等少數機構可以在實驗室中制備出厘米量級的AlN單晶。采用自發成核與異質籽晶生長AlN晶體，并通過連續生長的方式，仍然是獲得較大尺寸AlN晶體的有效手段。目前，用于自發成核生長AlN晶體的常用襯底主要有Ta、TaC、W和WC等，然而這些襯底材料與AlN晶體之間都存在著較大的晶格失配和熱失配，導致初期成核不理想，在后期的連續生長中難以獲得較大的AlN單晶。用于AlN晶體生長的常用異質籽晶主要有SiC籽晶和AlN/SiC復合籽晶，但各自還都存在著下列問題1、如P. Lu等在《晶體生長》(J. Cryst. Growth)的2007年第300卷第2期第336-342頁公開的《SiC籽晶上通過升華法生長AlN的形核》(Nucleation ofAIN on SiC substratesby seeded sublimation growth)一文中公開了以SiC籽晶生長AlN晶體的方法，由于SiC晶體與AlN晶體之間存在著較大的晶格失配和熱失配，生長出的AlN晶體中存在著大量裂紋，得到的AlN晶體尺寸較小；同時如M. Bickermann等在《晶體生長》(J. Cryst. Growth)的2012年第339卷第I期第13-21頁公開的《SiC籽晶上大尺寸AlN晶體的生長化學分析與晶體性質》(Growth ofAIN bulk crystals on SiC seeds:Chemical analysis andcrystal properties)公開了在AlN晶體生長的過程中，SiC籽晶還會發生分解,分解產生的S1、C元素將會污染AlN晶體，這兩點嚴重地影響著生長出的AlN晶體的質量。2、AlN/SiC復合籽晶被證明可以制備出大尺寸AlN晶體，制備方法見S. B. Zuo等在《晶體研究與技術》(J. Cryst. Res. Technol.)的2012年第47卷第2期第139-144頁公開的《M0CVD法制備AlN緩沖層的6H-SiC(0001)籽晶上AlN單晶的生長》(Growh ofAINsingle crystals on6H-SiC (0001) substrates with AlN MOCVD buffer layer),但此種方法在AlN晶體的生長過程中，AlN/SiC復合籽晶仍然存在著高溫分解的問題，嚴重影響AlN晶體的質量。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決現有采用自發成核難以獲得大尺寸AlN晶體，采用異質籽晶方法生長出的AlN晶體存在雜質含量高的問題，而提供一種用于AlN晶體生長的籽晶。本專利技術用于AlN晶體生長的籽晶為經過退火工藝處理后的AlN陶瓷片，AlN陶瓷片的直徑為廣4英寸，厚度為O. 3 5mm，表面粗糙度Ra ( 15nm。其中所述的退火工藝處理的具體步驟如下 一、將AlN陶瓷片放入強酸或強堿中加熱腐蝕后，用酒精或者丙酮清洗AlN陶瓷片的表面，再用氮氣吹干，得到清洗后的AlN陶瓷片；二、將步驟一得到清洗后的AlN陶瓷片放到TaC片上并裝入TaC坩堝中，把TaC坩堝放入高溫退火設備中，抽真空至5 X 10_4 6 X IO-4Pa,通入O. 6^1atm的氮氣或氬氣，然后以10 15°C /min的升溫速率加熱到40(T60(TC，保溫O. 5 I小時后以5 10。。/min的升溫速率加熱到180(T2100°C，保溫3 8小時，再以小于5°C /min的速率降溫到室溫，得到用于AlN晶體生長的桿晶；其中步驟一所述的放入強酸中加熱腐蝕是將質量濃度為60% 75%的HNO3加熱到3(T50°C，放入AlN陶瓷片腐蝕l(T30min ；步驟一所述的放入強堿中加熱腐蝕是將KOH或NaOH粉末加熱至熔融，放入AlN陶瓷片腐蝕5 15min。用于AlN晶體生長的籽晶為經過退火工藝處理后再進行拋光處理的AlN陶瓷片，AlN陶瓷片的直徑為I 4英寸，厚度為O. 3 5mm，表面粗糙度Ra ( 6nm。其中所述退火工藝處理后再進行拋光處理的具體步驟如下一、將AlN陶瓷片放入強酸或強堿中加熱腐蝕后，用酒精或者丙酮清洗AlN陶瓷片的表面，再用氮氣吹干，得到清洗后的AlN陶瓷片；二、將清洗后的AlN陶瓷片放到TaC片上后裝入TaC坩堝中，把TaC坩堝放入高溫退火設備中，抽真空至5 X Kr4 6 X l(T4Pa，通入O. 6 Iatm的氮氣或氬氣，然后以10 15°C /min的升溫速率加熱到40(T600°C，保溫O. 5^1小時后以5 10°C /min的升溫速率加熱到180(T2100°C，保溫3 8小時，再以小于5°C /min的速率降溫到室溫，得到退火后的AlN陶瓷片;三、把步驟二得到退火后的AlN陶瓷片放入拋光研磨機上，在拋光轉速為50 70r/min的條件下拋光至AlN陶瓷片表面粗糙度Ra ( 6nm,得到用于AlN晶體生長的籽晶；其中步驟一所述的放入強酸中加熱腐蝕是將質量濃度為60% 75%的HNO3加熱到3(T50°C，放入AlN陶瓷片腐蝕l(T30min ； 步驟一所述的放入強堿中加熱腐蝕是將KOH或NaOH粉末加熱至熔融，放入AlN陶瓷片腐蝕5 15min。用于AlN晶體生長的籽晶還可以為經過退火工藝后并進行拋光處理，然后再進行鍍膜處理的AlN陶瓷片；鍍膜處理是在AlN陶瓷片上鍍制厚度為O. 5^2 μ m的AlN薄膜，AlN陶瓷片的直徑為廣4英寸，厚度為O. 3 5mm，表面粗糙度Ra ( 6nm。其中所述的經過退火工藝后并進行拋光處理，然后再進行鍍膜處理的具體步驟如下一、將AlN陶瓷片放入強酸或強堿中加熱腐蝕后，用酒精或者丙酮清洗AlN陶瓷片的表面，再用氮氣吹干，得到清洗后的AlN陶本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于AlN晶體生長的籽晶，其特征在于用于AlN晶體生長的籽晶為經過退火工藝處理后的AlN陶瓷片，AlN陶瓷片的直徑為1~4英寸，厚度為0.3~5mm，表面粗糙度Ra≤15nm。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：韓杰才，宋波，金雷，張化宇，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：
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