本实用新型涉及一种通过物理气相传输法生长氮化铝单晶的坩埚装置。
背景技术：
第三代半导体材料氮化铝（AlN）禁带宽度为6.2eV，在紫外/深紫外发光波段具有独特优势，是紫外LED最佳衬底材料之一。同时，因其较高的击穿场强、较高的饱和电子漂移速率以及高的导热、抗辐射能力，AlN也可满足高温/高频/高功率电子器件的设计要求，在电子、印刷、生物、医疗、通讯、探测、环保等领域具有巨大的应用潜力。
几乎难溶于任何液体，且熔点在2800℃以上，无法通过传统的溶液法、熔体法获得。利用AlN粉源材料在1800℃以上发生升华的特点，可以通过物理气相传输法获得AlN体材料。此方法以粉源表面与生长界面之间的温度梯度为驱动力，使氮蒸汽与铝蒸汽从高温区传输至低温区，在微过饱和状态下结晶得到AlN单晶。
同质外延是得到高质量大尺寸AlN单晶的有效方法，用这种方法生长的晶体内应力小，缺陷密度低，但由于籽晶定向、籽晶粘结及温场分布等问题，籽晶周围易形成多晶，影响生长单晶尺寸及成品率。根据氮化铝晶体生长热力学及动力学计算得出，晶体生长速率与长晶气氛压强、长晶温度及长晶区温差有关。其中长晶温度越高、温差越大及挥发沉积距离越短，长晶速率越高。而籽晶粘结的籽晶台径向温差及过饱和度直接影响着晶体的形核数量，较小的径向温差及合理的过饱和度分布有利于减小形核数量，形成高质量的单晶。且由于实验后需要从籽晶台上取下晶体，容易造成籽晶台损毁，不利于籽晶台的重复使用，增加制造成本，因此设计适宜的坩埚装置对生长优质的AlN单晶至关重要。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种通过物理气相传输法生长氮化铝单晶的坩埚装置，通过设置导流加热罩，使得籽晶台的边缘温度高于籽晶台的中心温度，有效的抑制籽晶台边缘的多晶形成；籽晶台中心温度相对较低，为籽晶诱导AlN单晶生长提供有利条件。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种通过物理气相传输法生长氮化铝单晶的坩埚装置，包括用于放置氮化铝粉源/氮化铝烧结体的坩埚本体、设于所述坩埚本体顶部的坩埚盖、设于所述坩埚本体中的位于所述坩埚盖下方的籽晶台、设于所述籽晶台下方的导流加热罩，所述导流加热罩沿远离所述籽晶台的方向向下逐渐径向张开，所述导流加热罩位于所述氮化铝粉源/氮化铝烧结体的上方，所述导流加热罩，可作为发热源，用于将热量导向所述籽晶台的边缘，使所述籽晶台的边缘温度大于所述籽晶台的中心温度。
优选地，所述导流加热罩的上端与所述籽晶台之间间隙分布。
优选地，所述导流加热罩的下端沿其周向抵触于所述坩埚本体的内侧周部。
优选地，所述坩埚本体包括第一本体、设于所述第一本体上方的第二本体，所述第一本体的内径小于所述第二本体的内径，所述导流加热罩的下端抵设于所述第一本体的顶端。
优选地，所述导流加热罩包括罩体、设于所述罩体中的用于加热所述罩体的加热机构。
优选地，所述坩埚装置还包括设于所述坩埚本体中的用于隔开所述坩埚盖和所述氮化铝粉源/氮化铝烧结体的隔板。
更优选地，所述隔板上开设有通孔，所述籽晶台包括设于所述坩埚盖和所述隔板之间的第一台体、连接在所述第一台体下部的穿设于所述通孔中的第二台体。
优选地，所述导流加热罩呈锥形。
更优选地，所述导流加热罩的锥角在20°-160°之间。
优选地，所述导流加热罩的厚度为1-10mm；所述导流加热罩的底端与所述氮化铝粉源/氮化铝烧结体的顶端之间的距离为1-10mm。
由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型一种通过物理气相传输法生长氮化铝单晶的坩埚装置，通过设置导流加热罩，使得籽晶台的边缘温度高于籽晶台的中心温度，有效的抑制籽晶台边缘的多晶形成；籽晶台中心温度相对较低，为籽晶诱导AlN单晶生长提供有利条件；导流加热罩使气体集中往籽晶台中心部位传输，有效的抑制了籽晶周围多晶的形成，同时也抑制气体往坩埚盖处传输，解决了坩埚盖与坩埚本体由于晶体粘结而难打开的问题。
附图说明
附图1为本发明装置的结构示意图；
附图2为导流加热罩的结构示意图。
其中：1、氮化铝粉源/氮化铝烧结体；2、坩埚本体；21、第一本体；22、第二本体；3、坩埚盖；4、籽晶台；41、第一台体；42、第二台体；5、导流加热罩；6、隔板。
具体实施方式
下面结合附图来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。
参见图1-2所示，上述一种通过物理气相传输法生长氮化铝单晶的坩埚装置，包括用于放置氮化铝粉源/氮化铝烧结体1的坩埚本体2、设于坩埚本体2顶部的坩埚盖3、设于坩埚本体2中的位于坩埚盖3下方的籽晶台4、设于籽晶台4下方的导流加热罩5。
氮化铝粉源/氮化铝烧结体1位于坩埚本体2的底部，坩埚盖3无缝套设于坩埚本体2的顶部；籽晶台4的上表面贴设于坩埚盖3的下表面，通过这个设置，使籽晶台4与外界交换热量，降低了籽晶台4的温度，长晶区温差大，有利于氮化铝气相在此处形核并提高并长晶速率。
导流加热罩5沿远离籽晶台4的方向向下逐渐径向张开，导流加热罩5位于氮化铝粉源/氮化铝烧结体1的上方。导流加热罩5用于使气体集中往籽晶台4中心部位传输，有效的抑制了籽晶周围多晶的形成，同时也抑制气体往坩埚盖3处传输，解决了坩埚盖3与坩埚本体2由于晶体粘结而难打开的问题。导流加热罩5可以整体成型，也可以由多片瓣状结构或纵向回曲式结构安装组合而成。
导流加热罩5还用于将热量导向籽晶台4的边缘，使籽晶台4的边缘温度大于籽晶台4的中心温度。同样有效的抑制籽晶台4边缘的多晶形成。
在本实施例中，导流加热罩5呈锥形，导流加热罩5的锥角在20°-160°之间。导流加热罩5的厚度为1-10mm；导流加热罩5的底端与氮化铝粉源/氮化铝烧结体1的顶端之间的距离为1-10mm。
在本实施例中，该坩埚本体2呈圆柱形分布。该坩埚本体2、该坩埚盖3、该籽晶台4、该导流加热罩5同轴心线分布，该导流加热罩5的轴心线沿竖直方向分布。
导流加热罩5的上端与籽晶台4之间间隙分布；通过这个设置，能够防止导流加热罩5的热量直接传递给籽晶台4，导致籽晶台4的温度升高，不利于结晶。
导流加热罩5固定在坩埚本体2内部：
导流加热罩5可以通过下端沿其周向抵触于坩埚本体2的内侧周部；
或，坩埚本体2包括第一本体21、设于第一本体21上方的与其一体成型的第二本体22，第一本体21的内径小于第二本体22的内径，导流加热罩5的下端抵设于第一本体21的顶端。
在本实施例中，导流加热罩5包括罩体、设于罩体中的用于加热罩体的加热机构。该加热机构可以为钨网加热器、石墨加热器等。
打开加热机构，可以将热量通过导流加热罩5导向籽晶台4的边缘；关闭加热机构，也可以通过导流加热罩5的导热性，将坩埚本体2底部的热量导向籽晶台4的边缘。
坩埚装置还包括设于坩埚本体2中的用于隔开坩埚盖3和氮化铝粉源/氮化铝烧结体1的隔板6。在本实施例中，隔板6搁置于坩埚本体2的顶端，位于坩埚盖3的内部，该隔板6呈圆片状，该隔板6与该导流加热罩5同轴心线分布。通过设置隔板6，抑制气相在坩埚盖3内表面沉积，长晶结束后坩埚盖3与坩埚本体2容易分离。
隔板6上开设有与其同轴分布的通孔，籽晶台4包括设于坩埚盖3和隔板6之间的第一台体41、连接在第一台体41下部的穿设于通孔中的于第一台体41一体成型的第二台体42。在本实施例中，第一台体41和第二台体42均呈圆柱形分布，通孔为圆孔，第一台体41的直径大于通孔的直径。显然，第二台体42也可以是矩柱、圆形、空心矩柱、空心圆环柱、网状结构等。第二台体42穿出通孔并向下延伸，长晶结束后，可从第二台体42与晶体接触处切割，然后将晶体底部的籽晶台4薄片磨去即可。切割后的籽晶台4也可抛光后继续使用。
在本实施例中，坩埚本体2、坩埚盖3、隔板6、籽晶台4及导流加热罩5的材质为高温难熔金属、金属化合物或高温陶瓷材料等，如高纯钨材料、高纯碳化钽、钨铼合金或氮化硼等材料。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。