[實用新型]一種碳化硅晶體生長的坩堝結構

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320017859.4
• 申請日: 2013-01-14
• 公開（公告）號: CN203096233U
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發(fā)明（設計）人: 陶瑩;高宇;段聰;趙梅玉;鄧樹軍
• 申請（專利權）人: 河北同光晶體有限公司
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

本實用新型涉及一種坩堝結構，尤其涉及一種碳化硅晶體生長的坩堝結構。

SiC半導體材料是繼第一代元素半導體材料（Si）和第二代化合物半導體材料（GaAs、GaP、InP等）之后發(fā)展起來的第三代寬帶隙（Wide?Band?gap?Semiconductor,WBS）半導體材料的代表。與前兩代半導體材料相比，SiC具有寬帶隙、高臨界擊穿電場、高熱導率、高載流子飽和漂移速度以及極好的化學穩(wěn)定性等特點，在光電子和微電子領域，具有巨大的應用潛力。

目前，PVT法已被證實是能夠生長大尺寸SiC單晶最有效的標準方法。典型的SiC晶體生長室由坩堝蓋和坩堝體組成，坩堝蓋的作用是放置籽晶，坩堝體鍋底的作用是放置粉料。石墨坩堝在采用感應加熱方式的物理氣相輸運(Physical?Vapor?Transport，PVT)法，晶體生長系統(tǒng)中不僅是熱的產生體，也是晶體生長的反應室。除設備本身的設計外，石墨坩堝的結構直接影響生長溫度分布。

現有的SiC晶體技術中，典型的坩堝結構如圖1所示，石墨坩堝由坩堝蓋和坩堝體組成。坩堝體可分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)；Ⅰ區(qū)位放置籽晶4區(qū)域，位于坩堝蓋上，Ⅱ區(qū)是晶體生長區(qū)域5，Ⅲ區(qū)放置原料區(qū)域6；晶體生長過程中，Ⅱ區(qū)的溫場分布決定了結晶體的品質，

從圖1中可以看出，圓柱形石墨坩堝體的Ⅱ區(qū)5和Ⅲ區(qū)6的坩堝結構是一體形成，這樣的結構導致原料區(qū)和生長區(qū)的體積固定，且很難獨立控制結晶區(qū)域5即生長區(qū)（Ⅱ區(qū)）的溫場分布及尺寸大小。坩堝體2由三高石墨加工而成，坩堝蓋1與坩堝體2通過螺紋連接，感應線圈7通交變電流，石墨材料制備的加熱器5會感應產生電流，由于存在肌膚效應，通過加熱器的電流大于通過坩堝的電流，因此，加熱器溫度高于坩堝溫度，并且在晶體生長過程中沿徑向和軸向均會形成溫差。晶體中存在的熱應力，影響晶體的結晶質量。

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種碳化硅晶體生長的坩堝結構，克服現有技術中坩堝體的Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)的坩堝結構是一體形成導致晶體生長過程中的溫場分布不均勻，影響晶體的結晶質量的缺陷。

本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下：一種碳化硅晶體生長的坩堝結構，包括坩堝鍋蓋及坩堝體，所述坩堝體包括用于晶體生長的第一坩堝壁和用于放置原料的第二坩堝壁和坩堝底結構，所述第一坩堝壁的上端與所述坩堝蓋活動連接；所述第一坩堝壁的下端與所述第二坩堝壁的上端可拆卸連接；所述第二坩堝壁下端與坩堝底固定連接；所述第一坩堝壁及坩堝蓋內為生長腔，所述第二坩堝壁與所述坩堝底內為原料腔，所述生長腔與所述原料腔相連通。

本實用新型的有益效果是：在坩堝體中用于晶體生長區(qū)域及用于放置原料區(qū)域的坩堝體為分體制成，分別第一坩堝壁和第二坩堝壁及坩堝底構成，即生長腔與原料腔可拆卸的連接，可以根據需要設置生長腔的高度，該結構可以獨立控制晶體生長過程中的溫場分布，減少晶體中存在的熱應力、異晶型等缺陷，從而大大提高了晶體的結晶質量。

在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進。

在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進。

進一步，所述第一坩堝壁和第二坩堝壁均為圓筒狀結構，其二者之間可拆卸連接。

進一步，所述第一坩堝壁高度在20毫米～70毫米，直徑大于50毫米，即生長腔的高度在20毫～70mm，直徑大于50毫米。也可以根據制備不同碳化硅晶體的需要制定適宜高度的生長腔的高度。

采用上述進一步方案的有益效果是：通過調整第一坩堝壁及第二坩堝壁的長度改變生長腔與原料腔的尺寸大小，控制碳化硅晶體在生長過程中的徑向溫場分布和軸向溫場分布，減少晶體中存在的熱應力、異晶型等缺陷，從而大大提高了晶體的結晶質量。

進一步，所述第一坩堝壁的下端與第二坩堝壁的上端螺紋連接。也可以通過其它的連接方式緊密扣接。

進一步，所述用于晶體生長的第一坩堝壁為絕緣體材料或者碳化合物制成。

采用上述進一步方案的有益效果是：采用絕緣體材料制備的生長腔，碳化硅晶體在生長過程中的熱場分布更加趨于均勻，保證晶體的結晶質量。

進一步，所述絕緣體材料為碳化鉭材料。

進一步，所述坩堝蓋、第二坩堝壁及坩堝底均為石墨制成。

圖1是現有技術中物理氣相法生長碳化硅晶體的坩堝結構的剖面結構示意圖；

圖1是現有技術中物理氣相法生長碳化硅晶體的坩堝結構的剖面結構示意圖；

圖2為本實用新型一種碳化硅晶體生長的坩堝結構的剖面結構示意圖。