[實用新型]一種低氮含量SiC單晶生長裝置

有效

• 申請號: 201821380518.2
• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號: CN208717470U
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 胡小波;徐現剛;陳秀芳;彭燕;楊祥龍
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B23/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 葉亞林

本實用新型涉及一種低氮含量SiC單晶生長裝置。本實用新型的生長裝置，包括感應線圈、石英管和設置在石英管兩端的上密封法蘭、下密封法蘭；石英管、上密封法蘭和下密封法蘭圍成生長腔；所述感應線圈套設在石英管的外側壁上；所述感應線圈的外側套設有水冷罩；所述生長腔內設置有石墨托盤和石墨坩堝；石墨坩堝包裹保溫材料后設置在石墨托盤上；所述石墨坩堝的頂部開口設置有坩堝密封蓋。本實用新型的生長裝置的單層石英管結構利于加速保溫材料中氮的解吸附，可大幅度降低SiC單晶中氮的含量。

技術領域

本實用新型涉及一種低氮含量SiC單晶生長裝置，屬于碳化硅生長裝置的技術領域。

背景技術

SiC半導體材料又稱為第三代半導體材料，與第一代和第二代半導體材料相比，具有硬度高、熱導率高、禁帶寬度大、化學穩定性高、抗輻射能力強等優異的綜合性能。這些優異性能使SiC半導體材料被用于制備高功率電力電子器件和微波功率器件；在高壓電力傳輸、雷達、微波通信等領域，具有廣闊的應用前景，并對未來半導體產業的發展具有深遠影響。

物理氣相傳輸法(Physical Vapor Transport-PVT)是目前生長SiC晶體的主流方法，即將SiC晶片貼在石墨坩堝蓋上或頂端用作籽晶，石墨坩堝內裝有作為生長原料的SiC粉末，生長溫度控制在2273K到2673K之間，生長原料分解成氣相組分后在石墨坩堝內部軸向溫度梯度的驅動下輸運到籽晶處結晶生長SiC晶體。

根據導電類型分類：半導體材料有n型，p型和半絕緣型。其中n型為電子導電，p型為空穴導電，半絕緣型半導體材料不導電。雜質對半導體材料的電學性質有非常重要的影響。對于SiC半導體單晶材料，其本征襯底不導電，具有半絕緣性質。為獲得n型和p型SiC半導體材料，需要在單晶生長過程分別摻N和Al。由于SiC單晶生長過程中需要使用石墨坩堝和多孔石墨保溫材料，B為石墨伴生的雜質，空氣中的N則容易被石墨材料所吸附。因此如果不經過特別處理，生長的SiC單晶中常常含有較高的B和N雜質，使單晶的電學性質不容易控制。

與石墨伴生的B雜質，通過在高溫下雜質與鹵素元素的反應，容易去除，如在高溫下，通以HCl氣體，就可以去除石墨中的B雜質。而N，則是SiC單晶生長過程中最難去除的雜質。由于N導致SiC具有n型導電性質，它可以對p型材料的雜質進行補償，使p型材料的電學性質難以達到技術要求。因此，無論是生長本征半絕緣SiC還是生長p型SiC單晶，N都是必須要去除的雜質。

中國專利文獻公開號CN107723798A公開了一種制備高純半絕緣SiC單晶生長裝置和方法。該裝置通過設計帶有惰性氣體石墨導流管和石墨限流罩結構的碳化硅單晶生長裝置而實現。惰性氣體在該結構作用下產生強制對流，在石墨坩堝外壁形成強制對流層；強制對流層的定向運動可以抑制石墨坩堝外部的氮氣分子擴散進入石墨坩堝。因此，保溫系統中的吸附氮作為污染源的問題得到了解決。但實際上，SiC單晶生長發生在2000℃以上，生長過程中如果大流量通以載氣，一方面對SiC氣相物種造成大濃度的稀釋，另一方面造成SiC氣相物種大量流失。因此采用這種方法，實際上無法實現SiC單晶以正常的速度生長。

現有技術中的SiC單晶生長裝置多采用雙層石英管結構的生長腔，是在兩層石英管之間設置冷卻水并在外層石英管外側設置加熱線圈；由于雙層石英管之間通恒溫冷卻水，管壁的溫度在60-80℃之間；保溫材料中吸附的氣體不容易解吸附，最終導致SiC單晶中氮的含量較高。

實用新型內容

針對現有技術的不足，本實用新型提供一種低氮含量SiC單晶生長裝置。

本實用新型的技術方案為：

一種低氮含量SiC單晶生長裝置，包括感應線圈、石英管和設置在石英管兩端的上密封法蘭、下密封法蘭；石英管、上密封法蘭和下密封法蘭圍成生長腔；所述感應線圈套設在石英管的外側壁上；所述感應線圈的外側套設有水冷罩；所述生長腔內設置有石墨托盤和石墨坩堝；石墨坩堝包裹保溫材料后設置在石墨托盤上；所述石墨坩堝的頂部開口設置有坩堝密封蓋。