本实用新型专利技术提供了一种AlN晶片的批量掺杂装置，该装置至少包括一容器与以及与每容器所匹配的一多孔载物片；多孔载物片采用密集规律排布的开孔设计；该装置还包括一压盖与一覆盖片；容器内底部设置一个或多个均匀排列的凹槽，用于放置掺杂物质；容器内壁设置有一载物台阶，所述载物台阶包括一个台阶面，多孔载物片搁置于该台阶面，将容器内分割为上下两个空间；待掺杂的氮化铝晶片搁置于多孔载物片上；容器的外壁设置有定位台阶，用于多层容器间的两两搭接组合；覆盖片搭接在最顶部容器的上沿面，压盖盖于所述覆盖片上。该装置可实现均匀的扩散和掺杂、多种元素的同时掺杂以及同时的批量掺杂。批量掺杂。批量掺杂。
【技术实现步骤摘要】
一种AlN晶片的批量掺杂装置
[0001]本技术属于晶体生长领域，尤其涉及一种制备掺杂AlN晶片的装置。
技术介绍
[0002]氮化铝晶体作为典型的第三代宽禁带半导体材料，具有非常大的禁带宽度，具有高击穿场强、宽带隙、高的表面声速、高热导率等物理性质。氮化铝(AlN)的六方掺杂后是一种室温下直接禁带宽度约为6.0 eV的超宽带隙半导体。AlN晶体这种特性和发展的生长技术使其成为III
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N半导体在可见光(VIS)、紫外(UV)和深紫外区(UV)的LED基板的理想材料。为了使相关器件更有效，需要对氮化铝晶片或衬底进行本征掺杂来调控自由电子和空穴浓度。在一般情况下，本征AlN晶体具有n型特点，并具有高电阻的特点，这是由于存在补偿浅能级杂质的深能级缺陷。p型掺杂剂是元素周期表中恰好位于阳离子主体左侧的元素，它被认为可以替代阳离子，并提供一个高于价带顶部的受体能级，p型杂质原子的溶解度往往较低，晶体形成电荷补偿空置缺陷的倾向性很高。常用的掺杂方法包括；液态源扩散掺杂、固固扩散掺杂、原料掺杂、离子注入等。使用原料中掺入掺杂元素，掺入氮化铝晶体存在随机性及掺入深度难控制。离子注入到晶片内，会与晶片中的原子发生碰撞损失能量，直到进入晶体，会有一条晶格受损的路径。同时，上述技术难以实现批量、均匀掺杂。
技术实现思路
[0003]为解决上述问题，本文拟提出一种批量掺杂装置，通过批量结构装置技术结合模拟仿真技术，设计合适的温度场，利用高温元素扩散，对氮化铝晶片进行N或P型掺杂。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本技术技术方案如下。
[0005]一种氮化铝晶片的批量掺杂装置。该批量掺杂装置至少包括一容器与以及与每容器所匹配的一多孔载物片；所述批量掺杂装置还包括一压盖与一覆盖片。所述容器为上开口，容器外壁设置有定位台阶，用于多层容器间的两两搭接组合，所述定位台阶为至少包括一个台阶面，即第一台阶面，所述第一台阶面朝下设置；所述容器内底部设置一个或多个均匀排列的凹槽，用于放置掺杂物质；所述容器内壁设置有一载物台阶，所述载物台阶包括一个台阶面，即第二台阶面，所述第二台阶面朝上设置；所述多孔载物片搁置于所述第二台阶面，将所述容器内分割为上下两个空间；待掺杂的氮化铝晶片搁置于所述多孔载物片上；所述覆盖片搭接在容器的上沿面，所述压盖盖于所述覆盖片上，如果为多个容器，则所述覆盖片搭接在最上端容器的上沿面，压盖再盖于覆盖片上。所述多孔载物片采用密集规律排布的开孔设计，使高温下掺杂气相物质均匀通过孔传输充分均匀充满整个容器，同时被晶片吸附和在其内部扩散。所述批量掺杂装置包括两个或两个以上的多个容器时，所有容器进行两两搭接，假设搭接的其中上下两个容器分别为容器一与容器二，所述容器一的第一台阶面的下部伸入与其搭接的容器二的开口内，所述容器一的第一台阶面与容器二的上沿面相接。在容器一的上面或者容器二的下面继续搭接其他容器，由此，实现多个容器的两两相接；且上下层容器各形成密闭的环境，最上端的容器则由覆盖片及压盖形成密闭腔室。
[0006]进一步地，所述多孔载物片上可以放置10mm
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100mm直径的单片或多片氮化铝晶片。
[0007]进一步地，所述多孔载物片的边缘留有5
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30mm的无孔区域用于放置于容器内壁的载物台阶上时搭接。
[0008]进一步地，多孔载物片上规律排布的开孔采用相同孔径、相同孔间距；孔径2
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20mm，孔中心间距2.5
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30mm。
[0009]基于使用上述批量掺杂装置，采用如下的工艺方案对AlN晶片掺杂形成P/N型掺杂半导体，同时改善晶片透光均匀性，释放残余应力，非常适合于工业界掺杂型晶片的量产使用。
[0010]S1、装配准备：首先在每个容器的底部凹槽内放置掺杂剂，将多孔载物片放置于第二台阶面上，然后将多片待掺杂的氮化铝晶片放置于多孔载物片上。然后将多个容器上下一一搭接，最后在顶层容器上搁置覆盖片，并用压盖盖于其上。这样，每层容器内部均形成密闭结构。装配完成后将所述批量掺杂装置放入双电阻式高温炉内。
[0011]S2、工艺执行：采用仿真模拟手段确定所述装置的合理轴向位置与上下控温条件，将装置移至对应位置。炉内先抽真空，并对装置进行加热，同时充入保护气体至高压P0。升温达到上红外温度T1（所述批量掺杂装置最顶层容器的覆盖片底面中心位置温度）和下红外温度T2（所述批量掺杂装置最底层容器的底部中心位置温度），其中T2大于T1，同时将气压降至低压P1，并保温一段时间。保温结束后，将气压升回高压P0，将上下红外温度T1与T2降温至室温T0，将氮化铝晶片取出。
[0012]显然，为实现专利技术目的，所述容器和所述覆盖片、多孔载物片、压盖均需是耐高温材料制成，可以是钨、碳化钨、钽、碳化钽、石墨材料制成。
[0013]所述掺杂剂可以是Be、Mg、Zn、Li、Be3N2、Mg3N2、Zn3N2、Li3N、BeO、Be2C2、Al2OC、LiBeN、LiSi2N3、LiMgN、LiZnN材料，用于P型掺杂。所述掺杂剂可以是C、Si、MgSiN2、Si3N4材料，用于N型掺杂。
[0014]步骤S2中所述保护气体可以是氮气、氩气、氨气中的一种或几种组合。
[0015]步骤S2中所述的高压P0为1
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5bar。
[0016]步骤S2中所述的低压P1为10
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50Kpa。
[0017]步骤S2中所述的温度T1、T2为1600
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2300℃，且T2
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T1≤100℃。
[0018]本专利技术实现了以下有益效果:
[0019](1)多孔载物片采用密集按一定规律排布的开孔设计，一方面在载物片上可以放置多片不同尺寸的氮化铝晶片，另一方面使高温下掺杂气相物质均匀通过孔传输充分均匀充满整个容器，同时被晶片吸附和在其内部扩散实现均匀扩散；且因为载物片的多孔设计，掺杂气氛还可以从氮化铝晶片的底面扩散至晶片内部，实现更为均匀的扩散和掺杂。每层之间、顶层覆盖片及压盖形成密闭腔室防止掺杂元素泄露。
[0020](2)工艺执行采用上下红外测温实现温度的监控，通过仿真模拟计算优化，形成正梯度（下红外温度＞上红外温度），促使掺杂剂升华出气相物质。通过形成小温差，有利于气相物质充分且均匀的扩散至晶片表面，有利于晶片内部均匀的物质扩散，同时能减少晶片本身表面的挥发量。通过使用低压，有利于提升晶片内部掺杂物质的扩散速率，加大流通量，使得掺杂充分。
[0021](3)该装置适用可通过在一个容器底部设置多个凹槽，放置多种掺杂剂的掺杂，实现多种元素的同时掺杂，且同时批量掺杂的晶片间形成相近的掺杂浓度。在升温及降温段采用高压P0(1
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5bar)气氛，晶片的升华量少，质量及尺寸耗损少。采用低压P1（＜50Kpa）气氛下，分子平均自由行程加大，增强分子的穿透力，使得掺杂均匀性更好。采用低压不低于10kpa，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种AlN晶片的批量掺杂装置，其特征在于：所述批量掺杂装置至少包括一容器与以及与每容器所匹配的一多孔载物片；所述多孔载物片采用密集规律排布的开孔设计；所述批量掺杂装置还包括一压盖与一覆盖片；所述容器为上开口，所述容器内底部设置一个或多个均匀排列的凹槽，用于放置掺杂物质；所述容器内壁设置有一载物台阶，所述载物台阶包括一个台阶面，即第二台阶面，所述第二台阶面朝上设置；所述多孔载物片搁置于所述第二台阶面，将所述容器内分割为上下两个空间；待掺杂的氮化铝晶片搁置于所述多孔载物片上；所述覆盖片搭接在容器的上沿面，所述压盖盖于所述覆盖片上。2.根据权利要求1所述一种AlN晶片的批量掺杂装置，其特征在于：所述容器的外壁设置有定位台阶，用于多层容器间的两两搭接组合，所述定位台阶至少包括一个台阶面，即第一台阶面，所述第一台阶面朝下设置。3.根据权利要求2所述一种AlN晶片的批量掺杂装置，其特征在于：所述批量掺杂装置包括两个或两个以上的容器，所有容器进行上下两两搭接，假设搭接的其中上下两个容器分别为容器一与容器二，所述容器一的第一台阶面...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴亮，李哲，王琦琨，雷丹，黄嘉丽，张刚，赵寅廷，
申请(专利权)人：奥趋光电技术杭州有限公司，
类型：新型
国别省市：
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