CN102021653B - 一种用高密度料块生长碳化硅单晶的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用高密度料块生长碳化硅单晶的方法,属于半导体材料制备技术领域,步骤为,(1)制备高密度碳化硅料块,(2)将步骤(1)的高密度碳化硅料块用垫块垫起,使料块与坩埚不相接触,并置于坩埚底部作为原料,(3)坩埚顶部放置籽晶,用物理气相传输法生长碳化硅单晶。本发明方法克服了料粉与坩埚直接接触的问题,变为坩埚内壁与“架空”料块之间的辐射传热,所生长的单晶均匀、对称,其中的杂质含量大大降低。

Description

一种用高密度料块生长碳化硅单晶的方法
技术领域
本发明涉及一种生长碳化硅单晶的方法,属于半导体材料制备技术领域。
背景技术
碳化硅单晶作为宽禁带半导体材料,具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率等优异的物理性质和电学性质,在航空航天、海洋勘探、雷达通讯、汽车电子化等领域拥有巨大的应用前景。
目前生长碳化硅单晶普遍采用物理气相输运法,即原料在高温区升华成气相物质,气相物质在温度梯度的作用下传输到与原料表面有一定距离的、温度较低的籽晶表面,并在籽晶上结晶成块状晶体。
此种方法普遍所采用的原料为碳化硅粉料,或是碳粉、硅粉等,都属于粉料,因此直接与坩埚内壁接触,属直接热传导。受坩埚在感应线圈中的相对位置影响较大,且粉料间导热性较差,余料一般为中间细腰状或锥状,而外部石墨化严重。而且使用粉料生长容易引入杂质,杂质在高温生长过程中蒸发到籽晶表面,造成各种晶体缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有生长碳化硅单晶方法的缺陷,提供了一种生长的单晶均匀、对称,纯度高的生长碳化硅单晶方法。
为了解决上述技术问题,本发明提供了如下的技术方案:
一种用高密度料块生长碳化硅单晶的方法,步骤为,
(1)制备高密度碳化硅料块,
(2)将步骤(1)的高密度碳化硅料块用垫块垫起,使料块与坩埚不相接触,并置于坩埚底部作为原料,
(3) 坩埚顶部放置籽晶,用物理气相传输法生长碳化硅单晶。
进一步地,所述制备高密度碳化硅料块的原料可以是但不限于是碳化硅磨料、高纯碳化硅粉、高纯碳粉、高纯硅粉。
所述高密度碳化硅料块经平面磨床或/和外圆磨床加工,其上下表面平行,且直径略小于坩埚内径。
所述高密度碳化硅料块是碳化硅单晶块、多晶烧结块或压结块,其体积密度不小于1.5g/cm3。碳化硅单晶密度为3.2g/cm3,即所需料块密度约大于单晶密度的一半,料块密度越人,其导热性能越好,内部温度越均匀。
所述垫块的高度根据坩埚深度、料块高度、料面和籽晶间距来调整,范围在5mm-60mm之间,以便保持所需的料面和籽晶问距(一般保持在10-50mm之间)。
所述垫块可以是但不限于是石墨材质。
本发明方法中,料块于底部用石墨块等材料垫起,与坩埚内壁之间留有一定间隙,使之不与坩埚直接接触,就将原来的坩埚内壁与埚内粉料之间的直接热传导变为坩埚内壁与“架空”料块之问的辐射传热,料块在坩埚中受温场不均匀的影响较小,而且因为料块比粉料更加致密、导热系数大大增加,因此块料内温度均匀、对称性非常好,有利于所生长的单晶均匀、对称。且因为每次晶体生长或高温烧结都有排杂、提纯作用,所以用粉料预先生长或烧结的料块相当于经过一次提纯,其中的杂质含量大大降低,有利于降低单晶中的缺陷。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1:
用粒径0.6mm的碳化硅粉料作为原料,料高100mm,将坩埚置于适当的位置,生长温度控制在2000-2300℃,充入Ar气至200Pa,生长24小时后得单晶料块(记为料块1),高35mm,直径72mm;再以相同方法生长得多晶料块(记为料块2),高30mm,直径72mm。两料块体积密度均为3.2 g/cm3,但生长面不平坦,经平面磨床和外圆磨床加工后,料块1高33mm,料块2高26mm。将两料块置于坩埚底部的石墨垫块(直径20mm,高度60mm)上作原料,用物理气相传输法生长碳化硅单晶。所得晶体高26mm,直径78mm,对称性良好,单品杂质含量低(比用粉料同样条件下生长的单品透明度更好)。
实施例2:
用粒径0.05mm的碳化硅粉料作为原料,通过等静压的方法压结成体积密度为1.5 g/cm3的料块。将三个此种料块置于坩埚底部的石墨垫块(直径30mm、高度为5mm)上,用物理气相传输法生长碳化硅单晶。所得晶体高20mm,直径78mm,对称性良好,单晶杂质含量低(比用粉料同样条件下生长的单晶透明度更好)。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在木发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用高密度料块生长碳化硅单晶的方法,其特征在于:步骤为,
(1)制备高密度碳化硅料块,
(2)将步骤(1)的高密度碳化硅料块用垫块垫起,使料块与坩埚不相接触,并置于坩埚底部作为原料,
(3)坩埚顶部放置籽晶,用物理气相传输法生长碳化硅单晶;
其中,所述高密度碳化硅料块是碳化硅单晶块、多晶烧结块或压结块,其体积密度为1.5-3.2g/cm3;所述垫块是石墨材质,所述垫块的高度根据坩埚深度、料块高度、料面和籽晶间距来调整,范围在5mm-60mm之间。
2.根据权利要求1所述的用高密度料块生长碳化硅单晶的方法,其特征在于:所述制备高密度碳化硅料块的原料是碳化硅磨料、高纯碳化硅粉、高纯碳粉、高纯硅粉。
3.根据权利要求1所述的用高密度料块生长碳化硅单晶的方法,其特征在于:所述高密度碳化硅料块经平面磨床或/和外圆磨床加工,其上下表面平行,且直径略小于坩埚内径。
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