一种降低SiC单晶中心边缘厚度差的生长坩埚制造技术

本实用新型专利技术涉及SiC单晶生长技术领域，具体涉及一种降低SiC单晶中心边缘厚度差的生长坩埚。包括：石墨坩埚和组分输运调节器；石墨坩埚包括石墨上盖，SiC籽晶位于石墨上盖的下表面，SiC粉料置于石墨坩埚的底部；组分输运调节器位于SiC籽晶与SiC粉料之间，组分输运调节器包括：中心低组分透过率区和边缘高组分透过率区，中心低组分透过率区位于组分输运调节器的中部，与组分输运调节器同心，边缘高组分透过率区与中心低组分透过率区的组分透过率比不低于50，中心低组分透过率区面积占整个所述组分输运调节器面积的10%‑80%。本实用新型专利技术改变了生长组分输运流在径向上的分布，降低单晶中心与边缘生长的厚度差，进而提高SiC单晶衬底的制备效率。

【技术实现步骤摘要】
一种降低SiC单晶中心边缘厚度差的生长坩埚
本技术涉及SiC单晶生长
，具体涉及一种降低SiC单晶中心边缘厚度差的生长坩埚。
技术介绍
作为第三代宽带隙半导体材料的一员，相对于常见Si和GaAs等半导体材料，碳化硅材料具有禁带宽度大、载流子饱和迁移速度高，热导率高、临界击穿场强高等诸多优异的性质。基于这些优良的特性，碳化硅材料是制备高温电子器件、高频、大功率器件更为理想的材料。特别是在极端条件和恶劣条件下应用时，SiC器件的特性远远超过了Si器件和GaAs器件。同时SiC另一种宽禁带半导体材料GaN最好的衬底材料，使用SiC衬底制备的GaN基白光LED发光效率远高于传统的Si及蓝宝石衬底。物理气相传输方法（PVT）是目前制备SiC单晶最为常用的方法，附图1示出了该方法的常见热场结构。该方法粉料和籽晶分别置于石墨坩埚的顶部和底部，坩埚顶部和底部位置固定无法调整，四周使用石墨硬毡作为保温材料，使用感应加热方法建立由籽晶指向粉料的正温度梯度。当温度达到粉料的升华温度，粉料分解为Si2C，SiC2和Si等气相生长组分以及固态的碳残留，气相生长组分在温度梯度的作用下向上输运至籽晶，沉积在籽晶上进而实现SiC单晶的生长。通常为了保证单晶区直径以及单晶的结晶质量，通常会采用带有径向温度梯度的温度场进行生长，径向温度梯度的正方向为由中心指向边缘。这就导致了单晶中心区域厚度大于边缘区域厚度。随着单晶直径的增加，单晶中心与边缘生长速度差不断增加，导致制备单晶中心与边缘厚度差不断增加，这大大限制了单晶的切片利用率。因此如何设计一种提高SiC单晶的制备效率的生长技术成为本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本技术针对现有技术的不足，提出了一种降低SiC单晶中心边缘厚度差的生长坩埚，通过设置组分输运调节器，改变生长组分输运流在径向上的分布，降低单晶中心与边缘生长的厚度差，进而提高SiC单晶衬底的制备效率。为解决上述技术问题，本技术提出了一种降低SiC单晶中心边缘厚度差的生长坩埚，根据本技术的实施例，包括：石墨坩埚和组分输运调节器；其中，所述石墨坩埚包括石墨上盖，SiC籽晶位于所述石墨上盖的下表面，SiC粉料置于所述石墨坩埚的底部；所述组分输运调节器位于SiC籽晶与SiC粉料之间，所述组分输运调节器包括：中心低组分透过率区和边缘高组分透过率区，所述中心低组分透过率区位于所述组分输运调节器的中部，与所述组分输运调节器同心，所述边缘高组分透过率区与中心低组分透过率区的组分透过率比不低于50，所述中心低组分透过率区面积占整个所述组分输运调节器面积的10%-80%，用于调节所述SiC粉料升华的气相生长组分输运流在径向上的分布，降低SiC单晶中心与边缘形成的厚度差。根据本技术的实施例，所述石墨坩埚壁厚为5-40mm；内径为SiC单晶直径的1.1-5倍。根据本技术的实施例，所述组分输运调节器为圆柱形，其高度为4-20mm，直径与所述石墨坩埚的内径相等，所述中心低组分透过率区为圆形区域。根据本技术的实施例，所述边缘高组分透过率区由多孔石墨材料构成，所述中心低组分透过率区由金属碳化物或带有金属碳化物镀层的石墨材料构成，使所述中心低组分透过率区的透过率低于所述边缘高组分透过率区的透过率。根据本技术的实施例，所述气相生长组分为Si2C，SiC2和Si。本技术至少包括以下有益效果：本技术所述生长坩埚通过设置组分输运调节器，当生长开始进行后，SiC粉料升华后产生的气相生长组分在径向梯度的的输运下向籽晶输运，在输运过程中，中心区域由于受到组分输运调节器中心低透过率区域的限制，组分输运流密度下降，而边缘由于为多孔高组分透过率区，受到的影响较小，改变了生长组分输运流在径向上的分布，降低了单晶中心与边缘生长的厚度差，进而提高SiC单晶衬底的制备效率。附图说明图1为本技术生长坩埚的结构示意图。图2为本技术组分输运调节器的结构示意图。图3为本技术所述SiC单晶结构示意图。其中，SiC籽晶1，组分输运调节器2，石墨坩埚3，石墨上盖301，SiC粉料4，中心低组分透过率区5，边缘高组分透过率区6，SiC单晶7，中心边缘厚度差8。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本技术的技术方案，下面结合具体实施例对本技术作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。本技术提供了一种降低SiC单晶中心边缘厚度差的生长坩埚，根据本技术的实施例，图1为本技术生长坩埚的结构示意图，参照图1所示，本技术所述生长坩埚包括：石墨坩埚3和组分输运调节器2；其中，所述生长坩埚包括石墨上301，SiC籽晶1位于所述石墨上盖的下表面，SiC粉料4置于所述石墨坩埚的底部，所述石墨坩埚壁厚为5-40mm，内径为SiC单晶7直径的1.1-5倍；所述组分输运调节器固定于SiC籽晶与SiC粉料之间，与所述石墨坩埚内壁相连，所述组分输运调节器的具体形状不受限制，只要与所述石墨坩埚相同即可，由于本技术所述石墨坩埚为圆柱形，本技术所述组分输运调节器选择为圆柱形，其高度为4-20mm，直径与所述石墨坩埚的内径相等。根据本技术的实施例，图2为本技术组分输运调节器的结构示意图，参照图2所示，所述组分输运调节器包括：中心低组分透过率区5和边缘高组分透过率区6，所述中心低组分透过率区优选为圆形区域，位于所述组分输运调节器的中部，与所述组分输运调节器同心，剩下的部分圆环区域为边缘高组分透过率区，其中，根据本技术的一些实施例，所述边缘高组分透过率区与中心低组分透过率区的组分透过率比不低于50，所述中心低组分透过率区面积占整个所述组分输运调节器面积的10%-80%；当晶体生长开始进行后，SiC粉料升华后产生的气相生长组分在径向梯度的的输运下向籽晶输运，在输运过程中，中心区域由于受到组分输运调节器中心低透过率区域的限制，组分输运流密度下降，而边缘由于为多孔高组分透过率区，受到的影响较小，改变了生长组分输运流在径向上的分布，降低了单晶中心与边缘生长的厚度差8，进而提高SiC单晶衬底的制备效率。根据本技术的实施例，本技术所述组分输运调节器的中心低组分透过率区和边缘高组分透过率区的材质不同，所述边缘高组分透过率区由多孔石墨材料构成，所述中心低组分透过率区由金属碳化物或带有金属碳化物镀层的石墨材料构成，本技术优选为镀TaC涂层，使所述中心低组分透过率区的透过率低于所述边缘高组分透过率区的透过率，影响生长组分输运流在径向上的分布。根据本技术的实施例，所述气相生长组分为Si2C，SiC2和Si的一种或几种组合。根据本技术的实施例，图3为本技术所述SiC单晶结构示意图，参照图3所示，本技术单晶中心与边缘生长的厚度差大大减小，进而提高了SiC单晶衬底的制备效率。专利技术人发现，利用本技术所述降低SiC单晶中心边缘厚度差的生长坩埚，通过设置组分输运调节器，当生长开始进行后，SiC粉料升华后产生的气相生长组分在径向梯度的的输运下向籽晶输运，在输运过程中，中心区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低SiC单晶中心边缘厚度差的生长坩埚，其特征在于，包括：石墨坩埚和组分输运调节器；其中，所述石墨坩埚包括石墨上盖，SiC籽晶位于所述石墨上盖的下表面，SiC粉料置于所述石墨坩埚的底部；所述组分输运调节器位于SiC籽晶与SiC粉料之间，所述组分输运调节器包括：中心低组分透过率区和边缘高组分透过率区，所述中心低组分透过率区位于所述组分输运调节器的中部，与所述组分输运调节器同心，所述边缘高组分透过率区与中心低组分透过率区的组分透过率比不低于50，所述中心低组分透过率区面积占整个所述组分输运调节器面积的10%‑80%，用于调节所述SiC粉料升华的气相生长组分输运流在径向上的分布，降低SiC单晶中心与边缘形成的厚度差。

【技术特征摘要】
1.一种降低SiC单晶中心边缘厚度差的生长坩埚，其特征在于，包括：石墨坩埚和组分输运调节器；其中，所述石墨坩埚包括石墨上盖，SiC籽晶位于所述石墨上盖的下表面，SiC粉料置于所述石墨坩埚的底部；所述组分输运调节器位于SiC籽晶与SiC粉料之间，所述组分输运调节器包括：中心低组分透过率区和边缘高组分透过率区，所述中心低组分透过率区位于所述组分输运调节器的中部，与所述组分输运调节器同心，所述边缘高组分透过率区与中心低组分透过率区的组分透过率比不低于50，所述中心低组分透过率区面积占整个所述组分输运调节器面积的10%-80%，用于调节所述SiC粉料升华的气相生长组分输运流在径向上的分布，降低SiC单晶中心与边...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨昆，高宇，郑清超，
申请(专利权)人：河北同光晶体有限公司，
类型：新型
国别省市：河北,13