[1]郑瑞生,武红磊.氮化铝体单晶生长技术研究进展[J].深圳大学学报理工版,2010,27(4):433-439.
　ZHENG Rui-sheng and WU Hong-lei.Development of bulk AlN single-crystal growth technology[J].Journal of Shenzhen University Science and Engineering,2010,27(4):433-439.
点击复制

氮化铝体单晶生长技术研究进展()
分享到：

《深圳大学学报理工版》[ISSN:1000-2618/CN:44-1401/N]

卷:
第27卷
期数:
2010年4期
页码:
433-439
栏目:
材料科学
出版日期:
2010-10-31

文章信息/Info

Title:
Development of bulk AlN single-crystal growth technology
文章编号:
1000-2618(2010)04-0433-07
作者:
郑瑞生; 武红磊
深圳大学光电工程学院，深圳 518060
Author(s):
ZHENG Rui-sheng and WU Hong-lei
College of Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, P.R.China
关键词:
半导体材料; 晶体生长; 氮化铝; 单晶体; 宽禁带半导体; 物理气相沉积
Keywords:
semiconductor materials; crystal growth; aluminum nitride; single crystals; wide-bandgap semiconductor; physical vapor deposition
分类号:
O 782
文献标志码:
A
摘要:
评述氮化铝体单晶生长技术中常用的金属铝直接氮化法、溶解生长法、氢化物气相外延法和物理气相传输法．指出氢化物气相外延法和物理气相传输法是前景看好的生长氮化铝体单晶方法．介绍本课题组对物理气相传输法的一些改进．认为生长大尺寸氮化铝单晶体的研究将集中在精确控制生长条件、选择合适的坩埚材料、优化制备工艺和制备优质氮化铝籽晶等方面．
Abstract:
The research on bulk AlN single-crystal growth was reviewed．Attention was paid to four AlN crystal growth methods，which were direct nitridation of aluminum，solution growth，hydride vapor phase epitaxy (HVPE) growth，and physical vapor transport (PVT) growth．The technological process of each method is summarized and discussed，with a conclusion that the HVPE and PVT methods may be the most promising methods．Some improvements in the PVT growth technology made by our research team were presented．It is believed that，in order to grow large-size AlN single-crystal，further research should focus on precisely controlling the growth conditions，finding suitable inert crucible materials，finding best technical approach and process sequence，and preparing high-quality native AlN seed．

参考文献/References:

［1］Briegleb F，Geuther A．氮化镁及其金属与氮气的亲合力［J］．拓扑化学，1862，123：228．(英文版)
［2］Levinshtein M E，Rumyantsev S L，Shur M S．先进半导体材料性能与数据手册［M］．杨树人，殷景志．北京：化学工业出版社，2003：42-44.
［3］Taniyasu Y，Kasu M，Makimoto T．发光波长为210nm的氮化铝基LED［J］．自然，2006，441(18)：325-328．(英文版)
［4］Taniyasu Y，Kasu M．氮化铝深紫外pn结LED［J］．宝石及相关材料，2008，17：1273-1277．(英文版)
［5］Kohn J A，Cotter P G，Potter R A．氮化铝单晶的制备［J］．美国矿物学者，1956，41：355-359．(英文版)
［6］Slack G A，McNelly T F．高纯氮化铝晶体的制备［J］．晶体生长，1976，34：263-279．(英文版)
［7］Bondokov R T，Mueller S G，Morgan K E，等．大面积氮化铝衬底在电子学领域的应用：工业化前景［J］．晶体生长，2008，310：4020-4026．(英文版)
［8］Taylor K M，Camille L．氮化铝特性［J］．电子协会，1960，107(4)：308-314．(英文版)
［9］Hasselman D P H，Merkel G A．氮化铝热传导的尺寸效应［J］．美国陶瓷协会，1989，72：967-971．(英文版)
［10］Scholz H，Greil P．铝(含镁硅的)的氮化反应［J］．材料科学，1991，26(3)：669-677．(英文版)
［11］王群，高钦．Lanxide技术合成AlN材料的反应过程及组织特征［J］．无机材料学报，1997，12(1)：105-109.
［12］Schlessre R，Dalmau R，Yakemova R，等．气相制备块状氮化铝晶体［J］．材料研究讨论会，2002，693：4-9．(英文版)
［13］Schlessre R，Stiar Z．在氮气中通过铝的气化制备块状氮化铝晶体［J］．晶体生长，2002，234：349-353．(英文版)
［14］Bockowski M．在高氮气压下制备氮化铝和氮化铝单晶及其掺杂［J］．晶体研究与技术，2001，36(8-10)：771-787．(英文版)
［15］Bockowski M，Wroblewski M，Lucznik B，等．在高氮气压下制备氮化铝晶体［J］．半导体材料科学，2001，4(6)：543-548．(英文版)
［16］Kamei K，Inoue S，Shirai Y，等．在氮气压下从铜铝钛熔体中低压外延制备氮化铝［J］．物理进展(a)，2006，203(7)：1720-1723．(英文版)
［17］Akasaki I，Hashimoto M．气相制备的氮化铝的红外晶格振动［J］．固态通讯，1967，5(11)：851-853．(英文版)
［18］Kimura I，Hotta N，Nukui H，等．气相反应制备的氮化铝粉末的颗粒特性及沉积特性［J］．材料科学，1989，24(11)：4076-4079．(英文版)
［19］Iton H，Morikawa H，Sugiyama K．柱状氮化铝晶体的制备［J］．晶体生长，1989，94(2)：387．(英文版)
［20］Kovalenkov O，Soukhoveev V，Ivantsov V，等．HVPE制备氮化铝厚膜［J］．晶体生长，2005，281：87-92．(英文版)
［21］Bickermann M，Epelbaum B M，Winnacker A．低氧含量的氮化铝的特性［J］．晶体生长，2004，269：433-442．(英文版)
［22］Zhuang D，Edgar J H，Strojek B，等．块状氮化铝单晶在熔融的氢氧化钾和氢氧化钠中的腐蚀研究［J］．晶体生长，2004，262：89294．(英文版)
［23］Yakimova R，Kakanakova-Georgieva A，Yazdi G R，等．氮化铝的升华法制备：生长模式和结构变化［J］．晶体生长，2005，281：81-86．(英文版)
［24］Sandra B Schujman，Leo J Schowalter，Robert T Bondokov，等．可用于器件制造的大尺寸氮化铝晶体材料的结构和表面特性分析［J］．晶体生长，2008，310：887-890．(英文版)
［25］武红磊，郑瑞生，孙秀明，等．坩埚预处理技术在氮化铝晶体生长工艺中的应用［J］．人工晶体学报，2006，35(6)：1359-1362.
［26］Liu B，Edgar J H，Gu Z，等．用于升华制备氮化铝的坩埚材料的耐久性分析［J］．MRS氮化物半导体研究，2004，9（6）：1-11．(英文版)
［27］Ehrentraut D，Sitar Z．块状氮化铝和氮化镓晶体的研究进展［J］．材料研究公告，2009，34：259-265．(英文版)
［28］Zhuang D，Edgar J H．微波加热制备块状氮化铝晶体［J］．晶体生长，2004，262(1-4)：168-174．(英文版)
［29］武红磊，郑瑞生，孟姝．用于晶体生长的氮化铝保温材料的研究［J］．人工晶体学报，2009，38(3)：761-766.
［30］武红磊，郑瑞生，孙秀明，等．气相生长氮化铝单晶的新方法［J］．人工晶体学报，2007，36(1)：1-4.
［31］Epelbaum B M，Nagata S，Bickermann M，等.自发结晶的大尺寸氮化铝单晶的特性研究［J］．物理进展(b)，2007，244(6)：1780-1783．(英文版)
［32］李娟，胡小波，高玉强，等．透射电子显微术和高分辨X射线衍射技术研究AlN单晶生长习性［J］．人工晶体学报，2008，37(5)：1117-1120.
［33］董志远，赵有文，魏学成，等．物理气相传输法生长大尺寸AlN晶体及其性质表征［J］．半导体学报，2007，28(2)：204-208.
［34］Schujman S B，Schowalter L J，Bondokov R T，等．用于制作设备的大尺寸的氮化铝晶体的结构和和表面特性［J］．晶体生长，2008，310：887-890．(英文版)
［35］Epelbaum B M，Bickermann M，Winnacker A．用籽晶PVT法制备AlN晶体的方法［J］．晶体生长，2005，275：e479-e484．(英文版)
［36］Lu P，Edgar J H，Cao C，等．在碳化硅衬底上籽晶制法备氮化铝晶体及其缺陷特性［J］．晶体生长，2008，310：2464-2470．(英文版)
［37］Miyanaga M，Mizuhara N，Fujiwara S，等．升华法制备氮化铝单晶的研究［J］．晶体生长，2007，300：45-49．(英文版)



［1］Briegleb F，Geuther A．About MgN and the affinity of nitrogen gas with metals［J］．Ann Chem，1862，123：228.
［2］Levinshtein M E，Rumyantsev S L，Shur M S．Properties of Advanced Semiconductor Materials［M］．YANG Shu-ren，YIN Jing-zhi．Beijing：Chemical Industry Press，2003：42-44．(in Chinese)
［3］Taniyasu Y，Kasu M，Makimoto T．An aluminium nitride light-emitting diode with a wavelength of 210 nanometres［J］．Nature，2006，441(18)：325-328.
［4］Taniyasu Y，Kasu M．Aluminum nitride deep-ultraviolet light-emitting p-n junction diodes［J］．Diamond and Related Materials，2008，17：1273-1277.
［5］Kohn J A，Cotter P G，Potter R A．Synthesis of aluminum nitride monocrystals［J］．American Mineralogist，1956，41：355-359.
［6］Slack G A，McNelly T F．Growth of high purity AlN crystals［J］．Journal of Crystal Growth，1976，34：263-279.
［7］Bondokov R T，Mueller S G，Morgan K E，et al．Large-area AlN substrates for electronic applications：an industrial perspective［J］．Journal of Crystal Growth，2008，310：4020-4026.
［8］Taylor K M，Camille L．Some properties of aluminum nitride［J］．Journal of the Electrochemical Society，1960，107(4)：308-314.
［9］Hasselman D P H，Merkel G A．Specimen size effect of the thermal diffusivity/conductivity of aluminum nitride［J］．Journal of the American Ceramic Society，1989，72：967-971.
［10］Scholz H，Greil P．Nitridation reactions of molten Al-(Mg，Si) alloys［J］．Journal of Materials Science，1991，26(3)：669-677.
［11］WANG Qun，GAO Qin．Reaction process and characteristics of microstructure of AlN composite synthesized by Lanxide method［J］．Journal of Inorganic Materials，1997，12(1)：105-109．(in Chinese)
［12］Schlessre R，Dalmau R，Yakemova R，et al．Growth of AlN bulk crystals from the vapor phase［J］．Mat Res Symp Proc，2002，693：4-9.
［13］Schlessre R，Stiar Z．Growth of bulk AlN crystals by vaporization of aluminum in a nitrogen atmosphere［J］．Journal of Crystal Growth，2002，234：349-353.
［14］Bockowski M．Growth and doping of GaN and AlN single crystals under high nitrogen pressure［J］．Crystal Research and Technology，2001，36(8-10)：771-787.
［15］Bockowski M，Wroblewski M，Lucznik B，et al．Crystal growth of aluminum nitride under high pressure of nitrogen［J］．Materials Science in Semiconductor Processing，2001，4(6)：543-548.
［16］Kamei K，Inoue S，Shirai Y，et al. LPE growth of AlN from Cu-Al-Ti solution under nitrogen atmosphere［J］．Phys Stat Sol(a)，2006，203(7)：1720-1723.
［17］Akasaki I，Hashimoto M．Infrared lattice vibration of vapour-grown AlN［J］．Solid State Communications，1967，5(11)：851-853.
［18］Kimura I，Hotta N，Nukui H，et al．Particulate characteristics and deposition features of fine AlN powder synthesized by vapour-phase reaction［J］．J Mat Sci，1989，24(11)：4076-4079.
［19］Iton H，Morikawa H，Sugiyama K．Growth of aluminum nitride pillar crystal vapor deposition［J］．Journal of Crystal Growth，1989，94(2)：387.
［20］Kovalenkov O，Soukhoveev V，Ivantsov V，et al．Thick AlN layers grown by HVPE［J］．Journal of Crystal Growth，2005，281：87-92.
［21］Bickermann M，Epelbaum B M，Winnacker A．Characterization of bulk AlN with low oxygen content［J］．Journal of Crystal Growth，2004，269：433-442.
［22］Zhuang D，Edgar J H，Strojek B，et al．Defect-selective etching of bulk AlN single crystals in molten KOH/NaOH eutectic alloy［J］．Journal of Crystal Growth，2004，262：89294.
［23］Yakimova R，Kakanakova-Georgieva A，Yazdi G R，et al．Sublimation growth of AlN crystals：growth mode and structure evolution［J］．Journal of Crystal Growth，2005，281：81-86.
［24］Sandra B Schujman，Leo J Schowalter，Robert T Bondokov，et al．Structural and surface characterization of large diameter，crystalline AlN substrates for device fabrication［J］．Journal of Crystal Growth，2008，310：887-890.
［25］WU Hong-lei，ZHENG Rui-sheng，SUN Xiu-ming，et al．Application of pretreated crucible technology to the growth of AlN crystals［J］．Journal of Synthetic Crystals，2006，35(6)：1359-1362．(in Chinese)
［26］Liu B，Edgar J H，Gu Z，et al．The durability of various crucible materials for aluminum nitride crystal growth by sublimation［J］．MRS Internet Journal of Nitride Semiconductor Research，2004，9(6)：1-11.
［27］Ehrentraut D，Sitar Z．Advances in bulk crystal growth of AlN and GaN［J］．MRS Bulletin，2009，34：259-265.
［28］Zhuang D，Edgar J H．Bulk AlN crystal growth by direct heating of the source using microwaves［J］．Journal Crystal Growth，2004，262(1-4)：168-174.
［29］WU Hong-lei，ZHENG Rui-sheng，MENG Shu．Research on AlN thermal insulation materials for crystals growth［J］．Journal of Synthetic Crystals，2009，38(4)：761-766．(in Chinese)
［30］WU Hong-lei，ZHENG Rui-sheng，SUN Xiu-ming，et al．A novel method for growing AlN single crystal by physical vapor transport［J］．Journal of Synthetic Crystals，2007，36(1)：1-4．(in Chinese)
［31］Epelbaum B M，Nagata S，Bickermann M，et al．Development of natural habit of large free-nucleated AlN single crystals［J］．Phys Stat Sol(b)，2007，244(6)：1780-1783.
［32］LI Juan，HU Xiao-bo，GAO Yu-qiang，et al．Investigation on growth habit of AlN crystal by TEM and HRXRD method［J］．Journal of Synthetic Crystals，2008，37(5)：1117-1120．(in Chinese)
［33］DONG Zhi-yuan，ZHAO You-wen，WEI Xue-cheng，et al．Physical vapor transport growth and characterization of large bulk AlN crystal［J］．Chinese Journal of Semiconductors，2007，28(2)：204-208．(in Chinese)
［34］Schujman S B，Schowalter L J，Bondokov R T，et al．Structural and surface characterization of large diameter，crystalline AlN substrates for device fabrication［J］．Journal of Crystal Growth，2008，310：887-890.
［35］Epelbaum B M，Bickermann M，Winnacker A．Approaches to seeded PVT growth of AIN crystals［J］．Journal of Crystal Growth，2005，275：e479-e484.
［36］Lu P，Edgar J H，Cao C，et al. Seeded growth of AlN on SiC substrates and defect characterization［J］．Journal of Crystal Growth，2008，310：2464-2470.
［37］Miyanaga M，Mizuhara N，Fujiwara S，et al．Evaluation of AlN single-crystal grown by sublimation method［J］．Journal of Crystal Growth，2007，300：45-49.

相似文献/References:

[1]武红磊,郑瑞生,孟姝,等.碳硅共掺氮化铝的p型掺杂效率研究[J].深圳大学学报理工版,2011,28(No.2(095-188)):109.
　WU Hong-lei,ZHENG Rui-sheng,MENG Shu,et al.Research on p-type doping efficiency in C∶Si codoped AlN[J].Journal of Shenzhen University Science and Engineering,2011,28(4):109.
[2]马运柱,李静,刘文胜.钨晶须制备及生长机理研究[J].深圳大学学报理工版,2011,28(No.2(095-188)):183.
　MA Yun-zhu,LI Jing,and LIU Wen-sheng.Preparation and growth mechanism of tungsten whiskers[J].Journal of Shenzhen University Science and Engineering,2011,28(4):183.
[3]周晓明,张杰,林汉,等.CePO4及Eu3+掺杂CePO4一维纳米薄膜的制备与表征[J].深圳大学学报理工版,2013,30(No.1(001-110)):17.[doi:10.3724/SP.J.1249.2013.01017]
　Zhou Xiaoming,Zhang Jie,Lin Han,et al.Synthesis and characterization of Eu3+ doped one-dimensional nanostructured CePO4 films[J].Journal of Shenzhen University Science and Engineering,2013,30(4):17.[doi:10.3724/SP.J.1249.2013.01017]
[4]刘丽君,张东平,于永芹,等.真空度对泡生法蓝宝石晶体生长环境的影响[J].深圳大学学报理工版,2013,30(No.4(331-440)):404.[doi:10.3724/SP.J.1249.2013.04404]
　Liu Lijun,Zhang Dongping,Yu Yongqin,et al.Effects of vacuum degree on environment of sapphire crystal growth by the Kyropoulos method[J].Journal of Shenzhen University Science and Engineering,2013,30(4):404.[doi:10.3724/SP.J.1249.2013.04404]
[5]王东阳,贺威,李玲,等.光学质量大尺寸蓝宝石单晶工艺研究[J].深圳大学学报理工版,2015,32(4):350.[doi:10.3724/SP.J.1249.2015.04350]
　Wang Dongyang,He Wei,Li Ling,et al.Growth technique of optical quality large-size single-crystal sapphire[J].Journal of Shenzhen University Science and Engineering,2015,32(4):350.[doi:10.3724/SP.J.1249.2015.04350]
[6]武红磊,郑瑞生,闫征,等.温度场分布对氮化铝晶体生长习性的影响[J].深圳大学学报理工版,2012,29(No.6(471-580)):487.[doi:10.3724/SP.J.1249.2012.06487]
　WU Hong-lei,ZHENG Rui-sheng,YAN Zheng,et al.Effect of temperature distribution on growth habit of AlN crystal[J].Journal of Shenzhen University Science and Engineering,2012,29(4):487.[doi:10.3724/SP.J.1249.2012.06487]

备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期：2010-04-06；修回日期：2010-08-10
基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目（2010CB635115）；国家自然科学基金资助项目（60576005）
作者简介：郑瑞生（1957-），男（汉族），内蒙古自治区乌兰察布市人，深圳大学教授、博士生导师．E-mail：rszheng@szu.edu.cn
更新日期/Last Update: 2010-11-09