CN108374197A - 一种增加碳化硅晶体生长长度的石墨坩埚 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增加碳化硅晶体生长长度的石墨坩埚，包括石墨盖和石墨底槽，石墨盖和石墨底槽之间还设置有石墨环，石墨盖位于石墨环的上部封口处，石墨盖下方依次还有碳化硅籽晶、碳化硅粉源，石墨环和石墨底槽之间增加了石墨连接环，石墨连接环与石墨环和石墨底槽之间通过卡槽嵌套连接，石墨盖、石墨环和石墨底槽、石墨连接环均由相同材料的高纯石墨制作而成，高纯石墨是指碳含量大于99.999％的石墨，碳化硅粉源的装料高度低于石墨连接环的位置，避免碳化硅粉的结晶导致石墨连接环与石墨底槽粘结在一起，造成拆卸困难，本发明解决了现有技术中存在的碳化硅生长长度短和生长成本过高的问题。

Description

一种增加碳化硅晶体生长长度的石墨坩埚

技术领域

本发明属于碳化硅晶体技术领域，具体涉及一种增加碳化硅晶体生长长度的石墨坩埚。

背景技术

碳化硅是继第一代硅和第二代砷化镓之后的第三代新型半导体材料，它具有宽禁带、高热导、高电子饱和迁移速率、高击穿电场等优良的性质，不仅可被用作基于GaN的蓝色发光二极管的衬底材料，而且特别适合于制造高温、高频、高功率、抗辐射、抗腐蚀的电子器件，可广泛应用于固体照明、航空航天、通讯、海洋勘探、地震预报、石油钻井、汽车电子化等重要领域。

目前，生长碳化硅普遍的方法是物理气象传输法(PVT法)，即将碳化硅籽晶粘贴在石墨坩埚盖上，装有碳化硅粉源的石墨坩埚放置在感应加热炉中，将粉源加热到2000℃左右，使碳化硅粉升华并在浓度与温度梯度的驱动下到达冷端的籽晶再次结晶成单晶。但由于物理气象传输法本身的最大生长速率不快、粉料的石墨化和由于晶体的生长长度的增加导致晶体表面温场的改变等不良因素限制其长长，尤其在生长大尺寸、大长度单晶时，坩埚直径较大，粉料的温场也难达到均匀，降低粉料的使用效率，大大降低生长速率，想要得到大长度的碳化硅单晶非常困难，严重影响碳化硅单晶的生产效率。由于传统的石墨坩埚在生长完成后需要更换新的石墨坩埚和籽晶，导致生长成本高，制约碳化硅的产品推广率。

发明内容

本发明的目的是提供一种增加碳化硅晶体生长长度的石墨坩埚，解决了现有技术中存在的碳化硅生长长度短和生长成本过高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种增加碳化硅晶体生长长度的石墨坩埚，包括石墨盖和石墨底槽，石墨盖和石墨底槽之间还设置有石墨环，石墨盖位于石墨环的上部封口处，石墨盖下方依次还有碳化硅籽晶、碳化硅粉源，石墨环和石墨底槽之间增加了石墨连接环。

本发明的特点还在于，

石墨连接环与石墨环和石墨底槽之间通过卡槽嵌套连接。

石墨盖、石墨环和石墨底槽、石墨连接环均由相同材料的高纯石墨制作而成。

高纯石墨是指碳含量大于99.999％的石墨。

碳化硅粉源的装料高度低于石墨连接环的位置，避免碳化硅粉的结晶导致石墨连接环与石墨底槽粘结在一起，造成拆卸困难。

石墨环、石墨底槽和石墨连接环的截面均为圆形。

石墨连接环高度不超过石墨环的高度。

本发明的有益效果是，一种增加碳化硅晶体生长长度的石墨坩埚，通过在传统单环坩埚结构第一次生长的基础上，通过在石墨环和石墨底槽之间添加合适高度的石墨连接环，石墨连接环上下嵌套在石墨环和石墨底槽上，起到调节晶体生长环境的作用，即在第一次生长完成后由于晶体的增长导致温场变化，不适合晶体继续生长，通过添加连接环调节籽晶与粉源之间的温场分布，利用第一次生长的晶体为籽晶，大大的降低了碳化硅晶体的生长成本。

附图说明

图1是传统石墨坩埚的正视剖面图；

图2是本发明一种增加碳化硅晶体生长长度的石墨坩埚的结构示意图。

图中，1石墨盖、2碳化硅籽晶、3石墨环、4石墨底槽、5碳化硅粉源，6.石墨连接环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种增加碳化硅晶体生长长度的石墨坩埚，结构如图1所示，包括石墨盖1和石墨底槽4，石墨盖1和石墨底槽4之间还设置有石墨环3，石墨盖1位于石墨环3的上部封口处，石墨盖1下方依次还有碳化硅籽晶2、碳化硅粉源5，与图1所示的传统石墨坩埚相比，石墨环3和石墨底槽4之间增加了石墨连接环6。

石墨连接环6与石墨环3和石墨底槽4之间通过卡槽嵌套连接。

石墨盖1、石墨环3和石墨底槽4、石墨连接环6均由相同材料的高纯石墨制作而成。

高纯石墨是指碳含量大于99.999％的石墨。

碳化硅粉源5的装料高度低于石墨连接环6的位置，避免碳化硅粉的结晶导致石墨连接环6与石墨底槽4粘结在一起，造成拆卸困难。

石墨环3、石墨底槽4和石墨连接环6的截面均为圆形。

石墨连接环6高度不超过石墨环3的高度。

本发明一种增加碳化硅晶体生长长度的石墨坩埚，选择适当的石墨连接环6的高度，即调节了碳化硅籽晶2与碳化硅粉源5之间的距离，直接调节碳化硅籽晶2与碳化硅粉源5之间的温场分布。

在使用图1所示的石墨坩埚进行第一次生长后，通过更换新的石墨坩埚底槽4和碳化硅粉源5后，并在石墨环3和石墨底槽4添加合适高度的石墨连接环6(图2所示)，以保持晶体合适的生长环境，并使用第一次生长的晶体作为第二次生长的碳化硅籽晶2。通过组装新的石墨连接环6、装有碳化硅粉源5的石墨底槽4进行二次生长，不但增加碳化硅晶体的有效长度，而且直接的降低了生长碳化硅晶体的成本。

实验采用4H-SiC晶片作为碳化硅籽晶2，根据PVT法的生长工艺要求进行碳化硅晶体生长实验，实验中采用传统的石墨坩埚进行第一次生长，再通过在石墨环3和石墨底槽4之间增加一个合适高度的石墨连接环的石墨坩埚进行二次生长，其中石墨坩埚的底部温度控制在2320℃，生长压强控制在1000Pa下，总共进行100个小时生长实验，实验结果如下表1所示。

表1：有无石墨连接环的两次实验对比

生长次序/有无石墨连接环	生长时间	碳化硅晶体长度
			第一次/无	50h	22mm
第二次/有	50h	39mm

从表1可以看出，通过增加石墨连接环，在第一次生长的基础上，通过更换石墨坩埚底槽和碳化硅粉源以及添加合适高度的石墨连接环，即保持一个适合的碳化硅晶体生长环境，可再进行二次生长，大大的增加了碳化硅晶体的有效长度并直接减少了生长碳化硅晶体的成本。

Claims (7)

1.一种增加碳化硅晶体生长长度的石墨坩埚，其特征在于，包括石墨盖(1)和石墨底槽(4)，石墨盖(1)和石墨底槽(4)之间还设置有石墨环(3)，石墨盖(1)位于石墨环(3)的上部封口处，石墨盖(1)下方依次还有碳化硅籽晶(2)、碳化硅粉源(5)，石墨环(3)和石墨底槽(4)之间增加了石墨连接环(6)。

2.根据权利要求1所述的一种增加碳化硅晶体生长长度的石墨坩埚，其特征在于，所述石墨连接环(6)与石墨环(3)和石墨底槽(4)之间通过卡槽嵌套连接。

3.根据权利要求1所述的一种增加碳化硅晶体生长长度的石墨坩埚，其特征在于，所述石墨盖(1)、石墨环(3)和石墨底槽(4)、石墨连接环(6)均由相同材料的高纯石墨制作而成。

4.根据权利要求3所述的一种增加碳化硅晶体生长长度的石墨坩埚，其特征在于，所述高纯石墨是指碳含量大于99.999％的石墨。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种增加碳化硅晶体生长长度的石墨坩埚，其特征在于，所述碳化硅粉源(5)的装料高度低于石墨连接环(6)的位置，避免碳化硅粉的结晶导致石墨连接环(6)与石墨底槽(4)粘结在一起，造成拆卸困难。

6.根据权利要求5所述的一种增加碳化硅晶体生长长度的石墨坩埚，其特征在于，所述石墨环(3)、石墨底槽(4)和石墨连接环(6)的截面均为圆形。

7.根据权利要求5所述的一种增加碳化硅晶体生长长度的石墨坩埚，其特征在于，所述石墨连接环(6)高度不超过石墨环(3)的高度。