本發(fā)明涉及一種氮化鋁單晶生長的提拉裝置及拉提方法。

背景技術：

作為Ⅲ-V族寬禁帶半導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到6.2eV，其可以達到深紫外發(fā)光范圍，該材料是一種良好的藍光紫外發(fā)光材料。又由于氮化鋁半導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體器件方面均具有廣闊的應用前景；還可以和其他兩種Ⅲ-V族化學物GaN、InN形成三元甚至四元化學物(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計量比，來調(diào)節(jié)該化合物半導體材料的禁帶寬度，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極化效應，因此還能作為二階諧波發(fā)生器來使用；同時高純度的AlN晶體呈透明狀，可將其制作成紅外光、雷達透過材料。又氮化鋁材料是氮化鎵外延生長的理想襯底，所以氮化鋁單晶具有很好的市場應用價值。

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

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中存在的問題，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現(xiàn)上下 移動的弊端；本發(fā)明的另一目的在于提供一種氮化鋁單晶生長的提拉方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種氮化鋁單晶生長的提拉裝置，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成，所述拉提繩的一端與中頻感應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。

進一步，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)機加工制作而成。

進一步，所述升降石墨筒上蓋及下底均部分鏤空，呈輻條狀；其側壁沿其母線方向鏤空，側面由均勻分布的若干個柱桿構成；所述柱桿的中部由環(huán)帶過渡連接。

進一步，所述保溫層為碳氈、石墨氈或碳纖維氈。

進一步，所述提拉桿、升降石墨筒由普通石墨或氮化硼制成。

進一步，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的提拉方法，所述方法包括如下步驟：

1)制備發(fā)熱、保溫結構，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用于氮化鋁單晶生長的籽晶備用；

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，設定單晶生長工藝參數(shù)；

7)運行預設程序，進行氮化鋁單晶生長。

本發(fā)明具有以下有益技術效果：

本發(fā)明公開了一種氮化鋁單晶生長的提拉裝置及方法。尤其是應用在氮化鋁單晶生長領域。該工藝是基于中頻感應爐設備上具有上提拉功能而設計的，提拉組件是由提拉繩，提拉(螺)桿，升降石墨筒構成。提拉繩的一端與中頻感應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)熱筒中上下垂直運動，其與保溫層一同形成單晶生長裝置。此組裝成的氮化鋁單晶生長提拉裝置可有效解決生長氮化鋁晶體常用碳化鉭坩堝不易實現(xiàn)上下移動的弊端。

附圖說明

圖1是本發(fā)明氮化鋁生長單晶時的上提拉裝置溫場結構示意圖；

圖2是本發(fā)明氮化鋁生長單晶時的升降石墨筒上蓋的結構示意圖；

圖3是本發(fā)明氮化鋁生長單晶時的升降石墨筒的筒體結構示意圖。

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。

具體實施方式

下面，參考附圖，對本發(fā)明進行更全面的說明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應理解為局限于這里敘述的示例性實施例。而是，提供這些實施例，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給本領域的普通技術人員。

為了易于說明，在這里可以使用諸如“上”、“下”“左”“右”等空間相對術語，用于說明圖中示出的一個元件或特征相對于另一個元件或特征的關系。應該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術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90度或位于其他方位)，這里所用的空間相對說明可相應地解釋。

如圖1-3所示，本申請?zhí)峁┝艘环N氮化鋁單晶生長的提拉裝置，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構成，所述拉提繩101的一端與中頻感應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。

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，側面由均勻分布的若干個柱桿構成；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、側中的一個、兩個或者全部鏤空。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個輻條，以此最大可能地保證溫場的均勻性。

保溫層108為不局限于或軟或硬的碳氈，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。

本申請還提供了一種氮化鋁單晶生長的提拉方法，其包括如下步驟：

1.制備發(fā)熱、保溫結構，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用于氮化鋁單晶生長的籽晶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，設定單晶生長工藝參數(shù)。

7.運行預設程序，進行氮化鋁單晶生長。

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