本發(fā)明涉及一種氮化鋁單晶生長(zhǎng)的提拉裝置及拉提方法。

背景技術(shù)：

作為Ⅲ-V族寬禁帶半導(dǎo)體材料中禁帶寬度最大的一種化合物，氮化鋁的禁帶寬度可達(dá)到6.2eV，其可以達(dá)到深紫外發(fā)光范圍，該材料是一種良好的藍(lán)光紫外發(fā)光材料。又由于氮化鋁半導(dǎo)體材料具有良好的理化性能，其在高溫、高頻、高功率器件及深紫外光電子器件以及自旋半導(dǎo)體器件方面均具有廣闊的應(yīng)用前景；還可以和其他兩種Ⅲ-V族化學(xué)物GaN、InN形成三元甚至四元化學(xué)物(GaN的直接禁帶寬度為3.4eV，InN的直接禁帶寬度為0.7eV)，通過控制Al、Ga、In、N四元化合物中的元素化學(xué)計(jì)量比，來調(diào)節(jié)該化合物半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，可以獲得從紅光到紫外的連續(xù)發(fā)光光譜，此意味著可實(shí)現(xiàn)從紅外到紫外的全色顯示，它將是制作LED的一種最佳新型能源材料之一。此外，AlN晶體具有較高的非線性光學(xué)極化效應(yīng)，因此還能作為二階諧波發(fā)生器來使用；同時(shí)高純度的AlN晶體呈透明狀，可將其制作成紅外光、雷達(dá)透過材料。又氮化鋁材料是氮化鎵外延生長(zhǎng)的理想襯底，所以氮化鋁單晶具有很好的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

中頻感應(yīng)爐設(shè)備一般都具有上提拉和下提拉兩種方式實(shí)現(xiàn)坩堝的移動(dòng)，有時(shí)為了增強(qiáng)下保溫，遂坩堝的移動(dòng)采用上提拉來實(shí)現(xiàn)；由于碳化鉭坩堝的本身結(jié)構(gòu)以及制備方式等原因，單靠移動(dòng)碳化鉭坩堝是較難實(shí)現(xiàn)的，為了能夠?qū)崿F(xiàn)碳化鉭坩堝的上下垂直移動(dòng)，有必要借助在高溫條件下具有一定機(jī)械強(qiáng)度的傳熱媒介材料來實(shí)現(xiàn)碳化鉭坩堝的上下垂直移動(dòng)。石墨材料在既具有較好的傳熱性能，也具有良好的高溫機(jī)械性能，成為了媒介材料的首選。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種氮化鋁單晶生長(zhǎng)的提拉裝置，該提拉裝置可有效解決氮化鋁晶體常用碳化鉭坩堝不易實(shí)現(xiàn)上下 移動(dòng)的弊端；本發(fā)明的另一目的在于提供一種氮化鋁單晶生長(zhǎng)的提拉方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種氮化鋁單晶生長(zhǎng)的提拉裝置，所述提拉裝置包括拉提組件、碳化鉭坩堝、發(fā)熱筒和保溫層；其中，所述拉提組件由拉提繩、拉提桿和升降石墨筒構(gòu)成，所述拉提繩的一端與中頻感應(yīng)爐上的提拉升降系統(tǒng)相連接，另一端與所述拉提桿的一端連接，拉提桿的另一端與所述升降石墨筒的上蓋連接；所述碳化鉭坩堝固定在所述升降石墨筒內(nèi)；所述升降石墨筒設(shè)置在所述發(fā)熱筒內(nèi)，所述保溫層包裹在所述發(fā)熱筒的外側(cè)。

進(jìn)一步，所述提拉繩是由耐高溫的碳纖維制備而成；提拉桿是由高純石墨經(jīng)機(jī)加工制作而成。

進(jìn)一步，所述升降石墨筒上蓋及下底均部分鏤空，呈輻條狀；其側(cè)壁沿其母線方向鏤空，側(cè)面由均勻分布的若干個(gè)柱桿構(gòu)成；所述柱桿的中部由環(huán)帶過渡連接。

進(jìn)一步，所述保溫層為碳?xì)?、石墨氈或碳纖維氈。

進(jìn)一步，所述提拉桿、升降石墨筒由普通石墨或氮化硼制成。

進(jìn)一步，所述提拉桿與所述升降石墨筒的上蓋之間是由螺紋鏈接，所述上蓋上的螺紋孔為通孔或盲孔。

進(jìn)一步，所述升降石墨筒上蓋及下底上的輻條數(shù)量不小于3條，所述柱桿的數(shù)量也不少于3根。

進(jìn)一步，所述升降石墨筒的上蓋與筒體之間是由螺紋鏈接或采用鍵鏈接。

一種氮化鋁單晶生長(zhǎng)的提拉方法，所述方法包括如下步驟：

1)制備發(fā)熱、保溫結(jié)構(gòu)，即裁剪、卷制帶有發(fā)熱筒的保溫層；

2)在碳化鉭坩堝的坩堝蓋粘結(jié)用于氮化鋁單晶生長(zhǎng)的籽晶備用；

3)將適量的氮化鋁原料盛放在碳化鉭坩堝中，再將帶有籽晶的坩堝蓋蓋在碳化鉭坩堝體上；

4)將碳化鉭坩堝置于升降石墨筒筒底，將升降石墨筒的上蓋與升降石墨筒的筒體進(jìn)行鏈接，將碳化鉭坩堝固定在升降石墨筒空間內(nèi)；

5)將升降石墨筒放置在發(fā)熱筒內(nèi)，同時(shí)操作爐子的升降系統(tǒng)，使其降至合適的位置，將提拉繩與爐子的升降系統(tǒng)鏈接，另一端的提拉桿與升降石墨筒蓋 鏈接；

6)封爐，設(shè)定單晶生長(zhǎng)工藝參數(shù)；

7)運(yùn)行預(yù)設(shè)程序，進(jìn)行氮化鋁單晶生長(zhǎng)。

本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果：

本發(fā)明公開了一種氮化鋁單晶生長(zhǎng)的提拉裝置及方法。尤其是應(yīng)用在氮化鋁單晶生長(zhǎng)領(lǐng)域。該工藝是基于中頻感應(yīng)爐設(shè)備上具有上提拉功能而設(shè)計(jì)的，提拉組件是由提拉繩，提拉(螺)桿，升降石墨筒構(gòu)成。提拉繩的一端與中頻感應(yīng)爐上的提拉升降系統(tǒng)相連，另一端與提拉(螺)桿相連接，提拉(螺)桿與部分鏤空的升降石墨筒上蓋的中心螺紋孔通過螺紋相連接，沿母線方向鏤空的升降石墨筒中盛放用于氮化鋁單晶生長(zhǎng)的碳化鉭坩堝，內(nèi)放碳化鉭坩堝的升降石墨筒可在發(fā)熱筒中上下垂直運(yùn)動(dòng)，其與保溫層一同形成單晶生長(zhǎng)裝置。此組裝成的氮化鋁單晶生長(zhǎng)提拉裝置可有效解決生長(zhǎng)氮化鋁晶體常用碳化鉭坩堝不易實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)的弊端。

附圖說明

圖1是本發(fā)明氮化鋁生長(zhǎng)單晶時(shí)的上提拉裝置溫場(chǎng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明氮化鋁生長(zhǎng)單晶時(shí)的升降石墨筒上蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明氮化鋁生長(zhǎng)單晶時(shí)的升降石墨筒的筒體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，101-提拉繩，102-提拉桿，103-籽晶，104-氮化鋁原料，105-碳化鉭坩堝，106-升降石墨筒，107-發(fā)熱筒，108-保溫層，201-升降石墨筒上蓋，202-螺紋孔，301-螺紋，302-升降石墨筒筒體，303-升降石墨筒筒底。

具體實(shí)施方式

下面，參考附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的說明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例，從而使本發(fā)明全面和完整，并將本發(fā)明的范圍完全地傳達(dá)給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。

為了易于說明，在這里可以使用諸如“上”、“下”“左”“右”等空間相對(duì)術(shù)語，用于說明圖中示出的一個(gè)元件或特征相對(duì)于另一個(gè)元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術(shù)語意在于包括裝置在使用或 操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性術(shù)語“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或位于其他方位)，這里所用的空間相對(duì)說明可相應(yīng)地解釋。

如圖1-3所示，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N氮化鋁單晶生長(zhǎng)的提拉裝置，所述提拉裝置包括拉提組件、碳化鉭坩堝105、發(fā)熱筒107和保溫層108；其中，所述拉提組件由拉提繩101、拉提桿102和升降石墨筒106構(gòu)成，所述拉提繩101的一端與中頻感應(yīng)爐上的提拉升降系統(tǒng)相連接，另一端與所述拉提桿102的一端連接，拉提桿102的另一端與所述升降石墨筒106的上蓋連接；所述碳化鉭坩堝105固定在所述升降石墨筒106內(nèi)；所述升降石墨筒106設(shè)置在所述發(fā)熱筒107內(nèi)，所述保溫層108包裹在所述發(fā)熱筒107的外側(cè)。

提拉繩101是由耐高溫的碳纖維制備而成，也可以由金屬絲等具有柔性的耐高溫材質(zhì)。提拉桿102是由高純石墨經(jīng)機(jī)加工制作而成；也可以由普通石墨、氮化硼以及其它耐高溫材質(zhì)制成。

升降石墨筒上蓋201及升降石墨筒筒底303均部分鏤空，呈輻條狀；升降石墨筒筒體302沿其母線方向鏤空，側(cè)面由均勻分布的若干個(gè)柱桿構(gòu)成；所述柱桿的中部由環(huán)帶過渡連接。升降石墨筒也可以是不鏤空的，也可以是上、下、側(cè)中的一個(gè)、兩個(gè)或者全部鏤空。制作升降石墨筒的材質(zhì)是連續(xù)的，若是不連續(xù)的，即鏤空的，一般是不少于3個(gè)輻條，以此最大可能地保證溫場(chǎng)的均勻性。

保溫層108為不局限于或軟或硬的碳?xì)?，也包含純度較高的石墨氈以及其它形式的碳纖維氈。升降石墨筒106也可以由普通石墨或氮化硼制成。

提拉桿102與升降石墨筒上蓋201之間是由螺紋鏈接，所述上蓋上的螺紋孔202為通孔或盲孔。升降石墨筒上蓋201及升降石墨筒筒底303上的輻條數(shù)量不小于3條，柱桿的數(shù)量也不少于3根。

升降石墨筒上蓋201與升降石墨筒筒體302之間是由螺紋鏈接或采用鍵鏈接。

本申請(qǐng)還提供了一種氮化鋁單晶生長(zhǎng)的提拉方法，其包括如下步驟：

1.制備發(fā)熱、保溫結(jié)構(gòu)，即裁剪、卷制帶有發(fā)熱筒107的保溫層108。

2.在碳化鉭坩堝的坩堝蓋粘結(jié)用于氮化鋁單晶生長(zhǎng)的籽晶103備用。

3.將適量的氮化鋁原料104盛放在碳化鉭坩堝105中，再將帶有籽晶103的坩堝蓋蓋在碳化鉭坩堝105的鍋體上。

4.碳化鉭坩堝104置于升降石墨筒筒底303，將升降石墨筒106的上蓋與升降石墨筒筒體302的螺紋301進(jìn)行鏈接，將碳化鉭坩堝105固定在升降石墨筒106空間內(nèi)。

5.將升降石墨筒106放置在發(fā)熱筒107內(nèi)，同時(shí)操作爐子的升降系統(tǒng)，使其降至合適的位置，將提拉繩101與爐子的升降系統(tǒng)鏈接，另一端的提拉桿102與升降石墨筒蓋通過螺紋孔202鏈接。

6.封爐，設(shè)定單晶生長(zhǎng)工藝參數(shù)。

7.運(yùn)行預(yù)設(shè)程序，進(jìn)行氮化鋁單晶生長(zhǎng)。

上面所述只是為了說明本發(fā)明，應(yīng)該理解為本發(fā)明并不局限于以上實(shí)施例，符合本發(fā)明思想的各種變通形式均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。