專利名稱：氮化鋁單晶的制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及半導(dǎo)體制造裝置，更具體地說，涉及一種氮化鋁單晶的制備裝置。
背景技術(shù)：
第三代半導(dǎo)體材料由于能量禁帶一般大于3. O電子伏，又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體。相比于傳統(tǒng)的硅基和砷化鎵基半導(dǎo)體材料，寬禁帶半導(dǎo)體，例如碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)及氮化銦(InN)等，由于其特有的禁帶范圍、優(yōu)良的光、電學(xué)性質(zhì)和優(yōu)異的材料性能，能夠滿足大功率、高溫高頻和高速半導(dǎo)體器件的工作要求，在汽車及航空工業(yè)、醫(yī)療、軍事和普通照明方面具有十分廣泛的應(yīng)用前景。氮化鋁是一種優(yōu)異的寬禁帶半導(dǎo)體材料，是制作可以發(fā)射藍綠光和紫外光的發(fā)光二極管和激光器、太陽目眩探測器、高能量凝聚態(tài)開關(guān)和整流器以及高能量密度微波晶體管的理想材料，對氮化鋁等第三代半導(dǎo)體材料及器件的研究和開發(fā)，已成為半導(dǎo)體領(lǐng)域的一個執(zhí)占。
I;、、w、、、O目前，主要采用升華法制備氮化鋁單晶，其制備裝置主要包括坩堝、套在坩堝外的多孔的保溫層、套在保溫層上的感應(yīng)加熱線圈以及最外層的外殼(不銹鋼或金屬銅外殼等)，通過感應(yīng)加熱線圈加熱坩堝產(chǎn)生高溫，使坩堝中的氮化鋁物料再結(jié)晶，從而形成氮化招單晶。在氮化鋁的生長結(jié)晶過程中，需要控制其生長形態(tài)，以生產(chǎn)出低位錯、高質(zhì)量的單晶，然而，上述制備裝置的問題在于，很難對氮化鋁生長過程中的形態(tài)進行實時監(jiān)測，不利于氮化鋁生長形態(tài)的控制。

實用新型內(nèi)容本實用新型解決的問題是提供氮化鋁單晶的制備裝置，便于對氮化鋁生長過程中的形態(tài)進行實時監(jiān)測。為解決上述問題，本實用新型提供一種氮化鋁單晶的制備裝置，包括、[0008]升降托盤、升降托盤上的坩堝和套在坩堝外的多孔的保溫層，以及石英玻璃套管、感應(yīng)加熱線圈和第一密封連接件、第二密封連接件，所述石英玻璃套管套在所述保溫層和坩堝外，所述感應(yīng)加熱線圈套在石英玻璃套管的外壁上，第一密封連接件位于石英玻璃套管下端與升降托盤之間，第二密封連接件位于石英玻璃套管上端之上，所述石英玻璃套管的下端口和上端口分別由第一密封連接件和第二密封連接件實現(xiàn)密封，所述石英玻璃套管由中空的石英內(nèi)管和石英外管以及石英內(nèi)管和石英外管間的冷卻水組成?？蛇x地，所述第一密封連接件包括第一法蘭、第一 O型密封圈、第二 O型密封圈和第三O型密封圈，所述第一法蘭位于升降托盤與石英玻璃套管下端之間且位于石英玻璃套管的外側(cè)，所述第一法蘭的下表面通過第一 O型密封圈與所述升降托盤密封連接，第二 O型密封圈位于所述第一法蘭的內(nèi)壁與石英內(nèi)管下端的外壁之間，第三O型密封圈位于所述第一法蘭內(nèi)壁與石英外管下端的外壁之間，石英玻璃套管下端具有軸向伸展的空間。[0010]可選地，所述第一 0型密封圈為雙0型密封圈，雙0型密封圈之間為真空?？蛇x地，所述第二密封連接件包括第二法蘭、蓋板、第四0型密封圈、第五0型密封圈和第六0型密封圈，所述第二法蘭位于石英玻璃套管上端之上且位于石英玻璃套管的外側(cè)，所述蓋板密封通過第六0型密封圈連接所述第二法蘭，第四0型密封圈位于所述第二法蘭的內(nèi)壁與石英內(nèi)管上端的外壁之間，第五0型密封圈位于所述第二法蘭內(nèi)壁與石英外管上端的外壁之間，石英玻璃套管上端具有軸向伸展的空間可選地，所述第二 0型密封圈和所述第四0型密封圈為雙0型密封圈，雙0型密封圈之間為真空?？蛇x地，所述感應(yīng)加熱線圈套在所述石英玻璃套管的外壁上可移動?？蛇x地，所述多孔的保溫層的材料為石墨多孔型材，所述多孔的保溫層由中空圓柱體和中空圓柱體兩端的實心圓盤組成，所述實心圓盤的正中央有冷卻通道。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點本實用新型實施例的氮化鋁單晶的制備裝置，采用石英玻璃套管作為外殼并套有感應(yīng)加熱線圈，由于石英玻璃具有磁場穿透、耐高溫以及透明的特點，在實現(xiàn)對內(nèi)部坩堝加熱的同時，還便于通過X射線等手段對氮化鋁生長過程中的晶體形態(tài)進行實時監(jiān)測，從而更好地控制氮化鋁生長形態(tài)，以生產(chǎn)出低位錯、高質(zhì)量的單晶。

通過附圖所示，本實用新型的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本實用新型的主旨。圖I為根據(jù)本實用新型實施例的氮化鋁單晶的制備裝置的剖面示意圖；圖2為根據(jù)本實用新型實施例的第一密封連接件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為根據(jù)本實用新型實施例的保溫層的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型，但是本實用新型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。其次，本實用新型結(jié)合示意圖進行詳細描述，在詳述本實用新型實施例時，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本實用新型保護的范圍。此外，在實際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。正如背景技術(shù)部分所述，在氮化鋁的生長結(jié)晶過程中，需要控制其生長形態(tài)，以生產(chǎn)出低位錯、高質(zhì)量的單晶?；诖?，本實用新型提供了氮化鋁單晶的制備裝置，采用石英玻璃套管作為外殼并套有感應(yīng)加熱線圈，由于石英玻璃具有磁場穿透、耐高溫以及透明的特點，在實現(xiàn)對內(nèi)部坩堝加熱的同時，還便于通過X射線等手段對氮化鋁生長過程中的晶體形態(tài)進行實時監(jiān)測，從而更好地控制氮化鋁生長形態(tài)，以生產(chǎn)出低位錯、高質(zhì)量的單晶。參考圖I所示，該氮化鋁單晶的制備裝置包括升降托盤100、升降托盤100上的坩堝和套在坩堝外的多孔的保溫層110，以及石英玻璃套管300、感應(yīng)加熱線圈400和第一密封連接件200、第二密封連接件500，所述石英玻璃套管套300在所述保溫層110和坩堝夕卜，所述感應(yīng)加熱線圈套400在石英玻璃套管300的外壁上，第一密封連接件200位于石英玻璃套管300下端與升降托盤100之間，第二密封連接件500位于石英玻璃套管300上端 之上，所述石英玻璃套管300的下端口和上端口分別由第一密封連接件200和第二密封連接件500實現(xiàn)密封，所述石英玻璃套管由中空的石英內(nèi)管和石英外管以及石英內(nèi)管和石英外管間的冷卻水組成。通過由中空的石英內(nèi)管和石英外管以及石英內(nèi)管和石英外管間的冷卻水組成的石英玻璃套管作為外殼，該石英玻璃套管具有磁場穿透和耐高溫的特點，可以將感應(yīng)加熱線圈的熱量傳入到內(nèi)部，此外，該石英玻璃套管還具有透明的特點，在實現(xiàn)對內(nèi)部坩堝加熱的同時，還便于對氮化鋁生長過程中的形態(tài)進行實時監(jiān)測，提高氮化鋁的質(zhì)量，而且石英玻璃套管中的冷卻水還可以將多余的熱量帶走，起到更好地控制加熱溫度的作用。以下將結(jié)合本實用新型的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。所述石英玻璃套管可以采用合適的方式進行密封，在本實用新型的優(yōu)選實施例中，參考圖2所示，所述第一密封連接件由第一法蘭200-4、第一 O型密封圈200-1、第二 O型密封圈200-2和第三O型密封圈200-3組成，所述第一法蘭200-4位于升降托盤100與石英玻璃套300-1、300-2管下端之間且位于石英玻璃套管300-1、300-2的外側(cè)，所述第一法蘭200-4的下表面通過第一 O型密封圈200-1與所述升降托盤100密封連接，第二 O型密封圈200-2位于所述第一法蘭200-4的內(nèi)壁與石英內(nèi)管300-1下端的外壁之間，第三O型密封圈200-3位于所述第一法蘭200-4內(nèi)壁與石英外管300-2下端的外壁之間，石英玻璃套管下端具有軸向伸展的空間。其中，所述第一法蘭200-4可以由多個部件組成，在一個實施例中，如圖2所示，第一法蘭由三部分組成，通過第一法蘭實現(xiàn)石英玻璃套管下端與升降托盤的密封和連接。所述第二密封連接件可以由第二法蘭、蓋板、第四O型密封圈、第五O型密封圈和第六O型密封圈組成，所述第二法蘭位于石英玻璃套管上端之上且位于石英玻璃套管的外偵牝參考圖1，所述蓋板500-1通過第六O型密封圈密封連接所述第二法蘭500-2，第四O型密封圈位于所述第二法蘭的內(nèi)壁與石英內(nèi)管上端的外壁之間，第五O型密封圈位于所述第二法蘭內(nèi)壁與石英外管上端的外壁之間，石英玻璃套管上端具有軸向伸展的空間。其中第二法蘭通過O型密封圈與石英玻璃套管密封的方式(圖未示出)同第一法蘭與O型密封圈的方式，所述蓋板通過第六O型密封圈密封連接第二法蘭的方式同所述第一法蘭的下表面通過第一 O型密封圈與所述升降托盤密封連接，在此不再贅述。其中，蓋板將第二法蘭密封成密封蓋，第二法蘭和第四、第五O型密封圈實現(xiàn)石英玻璃套管上端的密封。其中，所述第二和第四O型密封圈可以為雙O型密封圈，雙O型密封圈間具有可以抽真空的裝置，以使雙O型密封圈之間為真空，使密封面增加為6個，使密封性能更好。在氮化鋁單晶的制備過程中，石英玻璃套管的中部溫度高于兩端，其熱膨脹也大于兩端，在石英玻璃套管的軸向有熱膨脹，如果采用傳統(tǒng)的密封膠固定兩端的密封方式，會導(dǎo)致石英玻璃套管的破裂。采用上述的密封連接件進行密封時，在進行加熱時，石英玻璃套管受熱軸向膨脹，由于在石英內(nèi)管和石英外管與第一法蘭內(nèi)壁間有0型密封圈只要軸向膨脹的力克服了石英套管與0型密封圈之間的摩擦力，0型密封圈就可以為石英玻璃套管的物理支撐，同時由于石英玻璃套管具有軸向伸展的空間，石英玻璃套管還可以在軸向空間伸展，從而，在保證密封的同時滿足熱膨脹的需求。此外，所述第一法蘭的下表面通過第一 0型密封圈與所述升降托盤密封連接，所述蓋板通過第六0型密封圈與第二法蘭密封，第一和第六0型密封圈可以為雙0型密封圈，雙0型密封圈之間為真空。由于下法蘭和升降托盤之間需要經(jīng)常拆卸，采用雙0型密封圈并抽真空的方式，以更好地確保反應(yīng)腔體的密封性。此外，所述感應(yīng)加熱線圈置于石英玻璃 套管之外，也就是制備裝置的外殼外，可以將感應(yīng)加熱線圈設(shè)置為可移動的模式，這樣可以根據(jù)具體的制造工藝，調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱線圈相對于坩堝的位置，以控制梯度，得到更好的溫度場。所述多孔的保溫層的材料可以為石墨多孔型材，可以制成各種形狀以更好地調(diào)節(jié)溫度的分布，在本實施例中，如圖3所示，所述多孔的保溫層由中空圓柱體110-1和中空圓柱體兩端的實心圓盤110-2組成，所述實心圓盤110-2的正中央有冷卻通道110-3，冷卻通道的尺寸會影響坩堝表面及坩堝內(nèi)部的溫度，當(dāng)冷卻通道尺寸增大，而要達到相同的坩堝內(nèi)的溫度，需要更高的坩堝表面溫度。本實用新型的氮化鋁單晶的制備裝置，具有玻璃石英套管的外殼并在其外壁上安裝感應(yīng)加熱線圈，這樣感應(yīng)加熱線圈的熱量透過玻璃石英套管和多孔的保溫層將內(nèi)部的坩堝加熱，玻璃石英套管的結(jié)構(gòu)更易于實時監(jiān)測氮化鋁單晶的生長形態(tài)，利于提高單晶的質(zhì)量，而且感應(yīng)加熱線圈安裝玻璃石英套管外，更容易精確地控制加熱的溫度場。另外，在優(yōu)選的實施例中，采用法蘭與0型圈的密封方式將玻璃石英套管內(nèi)部密封，具有更高的密封性。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制。雖然本實用新型已以較佳實施例披露如上，然而并非用以限定本實用新型。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本實用新型技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種氮化鋁單晶的制備裝置，包括升降托盤、升降托盤上的坩堝和套在坩堝外的多孔的保溫層，其特征在于，還包括石英玻璃套管、感應(yīng)加熱線圈和第一密封連接件、第二密封連接件，所述石英玻璃套管套在所述保溫層和坩堝外，所述感應(yīng)加熱線圈套在石英玻璃套管的外壁上，第一密封連接件位于石英玻璃套管下端與升降托盤之間，第二密封連接件位于石英玻璃套管上端之上，所述石英玻璃套管的下端口和上端口分別由第一密封連接件和第二密封連接件實現(xiàn)密封，所述石英玻璃套管由中空的石英內(nèi)管和石英外管以及石英內(nèi)管和石英外管間的冷卻水組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備裝置，其特征在于，所述第一密封連接件包括第一法蘭、第一 O型密封圈、第二 O型密封圈和第三 O型密封圈，所述第一法蘭位于升降托盤與石英玻璃套管下端之間且位于石英玻璃套管的外側(cè)，所述第一法蘭的下表面通過第一 O型密封圈與所述升降托盤密封連接，第二 O型密封圈位于所述第一法蘭的內(nèi)壁與石英內(nèi)管下端的外壁之間，第三O型密封圈位于所述第一法蘭內(nèi)壁與石英外管下端的外壁之間，石英玻璃套管下端具有軸向伸展的空間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備裝置，其特征在于，所述第一O型密封圈為雙O型密封圈，雙O型密封圈之間為真空。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備裝置，其特征在于，所述第二密封連接件包括第二法蘭、蓋板、第四O型密封圈、第五O型密封圈和第六O型密封圈，所述第二法蘭位于石英玻璃套管上端之上且位于石英玻璃套管的外側(cè)，所述蓋板通過第六O型密封圈密封連接所述第二法蘭，第四O型密封圈位于所述第二法蘭的內(nèi)壁與石英內(nèi)管上端的外壁之間，第五O型密封圈位于所述第二法蘭內(nèi)壁與石英外管上端的外壁之間，石英玻璃套管上端具有軸向伸展的空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的制備裝置，其特征在于，所述第二O型密封圈和所述第四O型密封圈為雙O型密封圈，雙O型密封圈之間為真空。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備裝置，其特征在于，所述感應(yīng)加熱線圈套在所述石英玻璃套管的外壁上可移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備裝置，其特征在于，所述多孔的保溫層的材料為石墨多孔型材，所述多孔的保溫層由中空圓柱體和中空圓柱體兩端的實心圓盤組成，所述實心圓盤的正中央有冷卻通道。
專利摘要本實用新型公開了一種氮化鋁單晶的制備裝置，包括升降托盤、升降托盤上的坩堝和套在坩堝外的多孔的保溫層，以及石英玻璃套管、感應(yīng)加熱線圈和第一密封連接件、第二密封連接件，所述石英玻璃套管套在所述保溫層和坩堝外，所述感應(yīng)加熱線圈套在石英玻璃套管的外壁上，第一密封連接件位于石英玻璃套管下端與升降托盤之間，第二密封連接件位于石英玻璃套管上端之上，所述石英玻璃套管的下端口和上端口分別由第一密封連接件和第二密封連接件實現(xiàn)密封。該裝置便于對氮化鋁生長過程中的晶體形態(tài)進行實時監(jiān)測，從而更好地控制氮化鋁生長形態(tài)，以生產(chǎn)出低位錯、高質(zhì)量的單晶。
文檔編號C30B29/38GK202359230SQ20112031451
公開日2012年8月1日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者劉良宏, 莊德津 申請人:青島鋁鎵光電半導(dǎo)體有限公司