SiC单晶生长装置及液相外延SiC单晶生长方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113322510A(43)申请公布日2021.08.31(21)申请号202110581689.1(22)申请日2021.05.27(71)申请人天津理工大学地址300384天津市西青区宾水西道391号(72)发明人胡章贵王佳楠(74)专利代理机构太原倍智知识产权代理事务所(普通合伙)14111代理人张宏(51)Int.Cl.C30B23/02(2006.01)C30B23/06(2006.01)C30B29/36(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称SiC单晶生长装置及液相外延SiC单晶生长方法(57)摘要本发明涉及一种SiC单晶生长装置及液相外延SiC单晶生长方法，所述的SiC单晶生长装置，高温感应加热炉的炉体的顶部和底部对应地同轴设置有可相对反向转动的籽晶轴和旋转轴，旋转轴第一端与石墨坩埚底部固定；石墨坩埚内部设置第一非碳坩埚，籽晶轴的第一端固定第二非碳坩埚。第一非碳坩埚内自下而上分别容置SiC晶锭和作为助溶剂的Fe粉；第二非碳坩埚内容置SiC籽晶；高温感应加热炉升温，升温到800~1000℃时充氩气，而后使SiC在1500~1700℃的氩气氛围下生长；随着温度的升高，晶锭SiC溶解在熔融的Fe溶剂中形成Fe溶液，然后再通过Fe溶液传输到SiC籽晶上。本发明提供的SiC单晶生长装置可改善生长结构和热场分布，避免了结晶位置错移和坩埚碎裂的问题。CN113322510ACN113322510A权利要求书1/1页1.一种SiC单晶生长装置，包括高温感应加热炉的炉体和形成于炉体内的反应腔，炉体的侧壁内设置有感应加热装置，反应腔表面设置有绝热构件，其特征在于：所述炉体的顶部和底部对应地同轴设置有可相对反向转动的籽晶轴和旋转轴，籽晶轴和旋转轴的第一端均贯穿所述炉体延伸至反应腔内部，旋转轴第一端与石墨坩埚底部固定；石墨坩埚内部设置有作为反应容器的第一非碳坩埚，籽晶轴的第一端固定有用于固定籽晶的第二非碳坩埚。2.根据权利要求1所述的SiC单晶生长装置，其特征在于：石墨坩埚、第一非碳坩埚和第二非碳坩埚均为圆形坩埚，石墨坩埚内壁表面距离第一非碳坩埚外壁表面的距离为10~12mm。3.根据权利要求2所述的SiC单晶生长装置，其特征在于：第一非碳坩埚内壁下部设置为台阶状。4.根据权利要求1、2或3所述的SiC单晶生长装置，其特征在于：所述的第一非碳坩埚和第二非碳坩埚材质选自氮化硼、刚玉、蓝宝石或碳化钽中的一种。5.一种液相外延SiC单晶生长方法，其特征在于：采用权利要求1‑4任意一项所述的SiC单晶生长装置，第一非碳坩埚用作反应容器，第一非碳坩埚内自下而上分别容置SiC晶锭和作为助溶剂的Fe粉；第二非碳坩埚用于容置SiC籽晶；高温感应加热炉升温，升温到800~1000℃时充氩气，而后使SiC在1500~1700℃的氩气氛围下生长；随着温度的升高，晶锭SiC溶解在熔融的Fe溶剂中形成Fe溶液，然后再通过Fe溶液传输到SiC籽晶上。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：控制第一非碳坩埚和第二非碳坩埚反方向旋转，转速控制在2~17rpm。7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：SiC籽晶浸入Fe溶液下2~5mm。2CN113322510A说明书1/4页SiC单晶生长装置及液相外延SiC单晶生长方法技术领域[0001]本发明涉及SiC单晶制备技术领域，特别是一种SiC单晶生长装置及基于该装置的液相外延SiC单晶生长方法。背景技术[0002]随着第一代硅半导体及第二代砷化镓半导体材料发展的成熟，其器件应用也趋于极限。碳化硅（SiC）单晶属于第三代半导体材料即禁带半导体材料，具有高频率、高功率，高的击穿场和热导率及化学稳定性好等优点，有望在低阻功率器件中得到应用。[0003]制备SiC单晶的方法主要有物理气相传输法（PVT法），高温化学气相沉积法（HTCVD法）和液相外延法（LPE法）。物理气相传输法是目前研究、开发和生产大尺寸SiC单晶的方法。但该方法生产的SiC单晶仍然存在相当数量的缺陷，如微管、位错、寄生、多型等等，导致SiC单晶片的价格十分昂贵。因此，如何降低SiC单晶片的生产成本和提高SiC单晶片的质量成为现代半导体行业主要面临的问题。液相外延法是一种优质晶体生长的适宜技术，原因是晶体生长发生在热力学平衡附近，可以实现没有微管的高质量SiC单晶的生长。[0004]液相外延法（liquidphaseepitaxial，LPE）是一种生长SiC单晶的常用方法。生长SiC的装置通常是由石墨坩埚、溶剂和籽晶组成一个三明治结构而构成的。通过在三明治结构上运用温度梯度，使得随温度的升高，溶质C溶解在溶液里面，逐渐形成一定的过饱和度。当溶液里的