[發明專利]一種分階段實時調控SiC晶體生長界面溫度和溫度梯度的方法

在審

• 申請號: 201711421747.4
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108130594A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 高攀;忻雋;施爾畏
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;熊子君

本發明涉及一種分階段實時調控SiC晶體生長界面溫度和溫度梯度的方法，采用物理氣相傳輸方法在裝有晶體生長原料和籽晶的坩堝內生長碳化硅單晶，晶體生長過程中分階段上移坩堝位置，在第一生長階段，生長時長為t₁，保持坩堝位置不變，在第i生長階段，生長時長t_i=i×t₁，且坩堝平均上移速率V_i＜前一生長階段坩堝平均上移速率V_i?1。

技術領域

本發明屬于碳化硅材料領域，具體涉及一種基于物理氣相傳輸法實時調控碳化硅晶體生長界面溫度和溫度梯度的方法。

背景技術

碳化硅(SiC)單晶材料具有禁帶寬度大、熱導率高、電子飽和漂移速率大、臨界擊穿電場高、介電常數低、化學穩定性好等優點，被認為是制造光電子器件、高頻大功率器件、電力電子器件理想的半導體材料，在白光照明、光存儲、屏幕顯示、航天航空、高溫輻射環境、石油勘探、自動化、雷達與通信、汽車電子化等方面有廣泛應用。

目前生長SiC晶體最有效的方法是物理氣相傳輸(PVT)法，首先在石墨坩堝的底部和頂部分別裝入高純原料和籽晶，在坩堝外部采用保溫氈裹繞，然后在合適的溫度(2000～2400℃)和壓強下(5～40Torr)通過氣相揮發生長碳化硅晶體，在生長SiC晶體過程中，石墨坩堝位置通常是不變的，隨著生長時間的延長晶體厚度隨之增加，晶體生長界面逐漸向高溫區遞進，導致晶體生長速率前后不一致。通過碳化硅晶體生長過程模擬軟件(STR軟件)模擬，發現在晶體生長過程中如果坩堝位置不變，隨著生長過程的進行(即生長時間增加)晶體厚度逐漸增加，晶體生長界面的溫度和溫度梯度分別逐漸增加和減小(如圖2中L0曲線所示)。碳化硅單一多型(如4H)的溫度區間范圍比較窄，一旦晶體生長界面溫度增加到超過其單一多型的溫度范圍，就會導致4H、6H和15R等多型夾雜并且產生缺陷；另外，晶體生長界面處溫度梯度也是影響晶體質量的重要因素，溫度梯度減小后會導致原料揮發不充分，從而在生長界面產生多型夾雜和形成缺陷，其中半絕緣碳化硅晶體的單一多型對于溫度和溫度梯度更為敏感，因此，如何在晶體生長過程中實時調控生長界面處的溫度和溫度梯度對于制備單一多型高質量的碳化硅晶體至關重要。

盡管研究人員通過測溫孔調節電流或功率可以實現晶體生長界面溫度的調節，但該措施無法調控生長界面處的溫度梯度。模擬結果表明在晶體生長過程中通過移動坩堝位置可以同步實現調節晶體生長界面的溫度和溫度梯度。然而，隨著晶體厚度的增加，晶體生長界面溫度和溫度梯度的變化幅度完全不一樣，比如溫度梯度在生長前期下降較快，在生長后期則下降較慢，如果通過單一速率升高坩堝位置就無法精準的調控晶體生長界面的溫度和溫度梯度，尤其晶體生長后期坩堝位置上升速率過快容易擾動晶體生長界面，這同樣不利于高質量碳化硅晶體的制備。

發明內容

針對上述PVT法SiC晶體生長過程中晶體生長界面溫度和溫度梯度分別逐漸增加和減小，導致晶體生長速率的不斷變化，從而影響制備的晶體的質量問題。本發明的目的在于提供一種分階段實時同步調控碳化硅晶體生長過程中生長界面溫度和溫度梯度的方法。

在此，本發明提供一種分階段實時調控碳化硅晶體生長過程中生長界面溫度和溫度梯度的方法，

采用物理氣相傳輸方法在裝有晶體生長原料和籽晶的坩堝內生長碳化硅單晶，晶體生長過程中分階段上移坩堝位置，

在第一生長階段，生長時長為t₁，保持坩堝位置不變，

在第i生長階段，生長時長t_i＝i×t₁，且坩堝平均上移速率V_i<前一生長階段坩堝平均上移速率V_i-1。