技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于晶體生長技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于物理氣相輸運技術(shù)生長碳化硅單晶的坩堝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

碳化硅(SiC)是一種化合物半導(dǎo)體，具有很多優(yōu)異的性能，其熱導(dǎo)率高，達(dá)到5.0W/cm(高于任何已知金屬)，因此非常適合用于高溫、大功率電子器件領(lǐng)域。此外，碳化硅還具有高的化學(xué)穩(wěn)定性和抗輻照能力，與GaN的晶格匹配度也較高、是制造高亮度GaN發(fā)光二極管的理想襯底材料。碳化硅是世界公認(rèn)的第三代半導(dǎo)體材料。

碳化硅晶體的合成生長技術(shù)至今已經(jīng)有100多年的歷史了。其最早可以追溯至1891年，愛德華古里奇阿和森(Edward?Goodrich?Acheson)(1856～1931)在改進(jìn)金剛石磨料制作方法時，使用了碳和硅酸鋁作為原料，首次得到了大量的SiC。這種方法至今仍被應(yīng)用于制作SiC磨料。J.A.勒莉(J.A.Lely)與1955年在石墨坩堝中得到了結(jié)晶質(zhì)量好的SiC晶體(美國專利No.2845364)。1978年，Yu.M.泰羅(Yu.M.Tairo)等人在勒莉(Lely)的方法上進(jìn)行了改進(jìn)，使用籽晶的輔助得到了大塊SiC單晶(《晶體生長雜志》(J.Crystal?Growth)52，209～212，1978；《晶體生長雜志》(J.Crystal?Growth)52，146～150，1981)。泰羅(Tairo)等人使用的這種方法被稱為改進(jìn)的勒莉法，這種方法至今仍在被廣泛應(yīng)用，目前生長高質(zhì)量SiC晶體的物理氣相輸運(PVT)技術(shù)就是基于改進(jìn)的勒莉法。

使用常規(guī)設(shè)計的直壁坩堝在中頻感應(yīng)生長爐中生長碳化硅晶體時，受限于坩堝設(shè)計以及保溫結(jié)構(gòu)，通常每個生長周期內(nèi)只能得到1個碳化硅晶錠，并且受限于碳化硅晶錠的生長方法，每個晶錠的長度最多只能達(dá)到30～40mm。碳化硅單晶生長的這一固有問題極大的增加了碳化硅生長成本，使得碳化硅晶片的價格居高不下，限制了碳化硅晶片在整個市場范圍內(nèi)的大面積鋪開，極大的限制了碳化硅晶體的大規(guī)模運用。可以說碳化硅晶體的生長成本是決定碳化硅前景的重要因素。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于物理氣相輸運技術(shù)、能夠同時生長多個碳化硅晶錠的坩堝設(shè)計。

一方面，本發(fā)明提供一種基于物理氣相輸運技術(shù)生長碳化硅單晶的坩堝，其中，所述坩堝是多生長腔結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述坩堝是具有獨立的料腔和生長腔的分體式多段結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，在所述分體式多段結(jié)構(gòu)中，各段之間通過螺紋或者臺階口連接。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述坩堝具有3～5個獨立的生長腔。優(yōu)選地，所述生長腔的直徑是50mm～80mm。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述生長腔的高度超過所述坩堝總高度的20％，且所述料腔高度不小于所述坩堝總高度的50％。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述坩堝的加工原料為高純、高致密度石墨，其總雜質(zhì)含量小于100ppm，密度大于1.8g/cm³，氣孔率小于15％。

本發(fā)明所述坩堝設(shè)計中，具有多個獨立的生長腔，這些生長腔共用相同的料腔，所述生長腔和料腔優(yōu)選各自獨立的。

本發(fā)明所述的坩堝設(shè)計中，坩堝料腔與生長腔為兩段式分立結(jié)構(gòu)，這兩部分(段)之間通過螺紋或臺階口連接。

本發(fā)明所述坩堝為圓柱體，外徑150～250mm，總高度200～300mm。

本發(fā)明所述坩堝的生長腔為獨立的多生長腔結(jié)構(gòu)，生長腔數(shù)量3～5個、生長腔內(nèi)徑50～80mm、生長腔高度30～80mm。

本發(fā)明所述的坩堝設(shè)計中，料腔內(nèi)徑為130～230mm、料腔高度不小于坩堝總高度的50％。

本發(fā)明所述的坩堝設(shè)計中上腔室(生長腔段)的高度超過所述坩堝總高度的20％。

本發(fā)明所述的坩堝設(shè)計中，坩堝原料使用高純度、高致密度的石墨塊體進(jìn)行加工。高純度是指總雜質(zhì)含量小于100ppm，高致密度是指密度大于1.8g/cm³，氣孔率小于15％。

本發(fā)明所述的坩堝制作使用高精度機(jī)床進(jìn)行，坩堝的加工精度誤差小于0.1mm。

本發(fā)明所述的坩堝設(shè)計可以用于生長直徑2英寸或者以上的碳化硅單晶體。多生長腔設(shè)計可以使得同一生長周期內(nèi)生長得到多個晶體，有效降低碳化硅晶體的生長成本、提高生長效率。

附圖說明

圖1為常規(guī)PVT技術(shù)生長SiC單晶所使用的坩堝。

其中，1：感應(yīng)線圈；2：坩堝壁；3：生長原料；4：籽晶托。

圖2為本發(fā)明一個實施方式中坩堝的示意圖。