[发明专利]一种用曲面籽晶进行物理气相输运的晶体生长的方法

说明书

技术领域

本发明属于人工晶体生长技术领域，涉及一种人工晶体生长方法，具体涉及一种在难熔晶体的物理气相输运法生长中，采用曲面籽晶进行晶体生长的方法。

背景技术

现有的人工晶体生长方法有两大类，一类用籽晶从熔体中生长，如常见的硅、蓝宝石等晶体的拉制；另一类为籽晶的气相生长，包括利用气相物质的化学反应生成物进行的生长(即CVD)和利用结晶物质的高温升华物进行的生长(即PVT)。PVT法是碳化硅、氮化硼等难熔晶体目前实际可用的生长方法，因为这些物质只在高温、高压下才能形成熔体。例如，碳化硅在常压2300℃左右、低压2000℃以下即会升华，一般数据手册所载其熔点2830±40℃是指3.5MPa的高压状态。因此，碳化硅不能像硅和蓝宝石那样用籽晶从熔体中生长。

由于气体的无界行为，密闭的生长室内壁容易随机成核生长多晶体。为了避免这种多晶生长干扰目标单晶体的生长，PVT法一般使用大面积单晶片(一般为圆片)作为籽晶，籽晶的生长表面为经过研磨和抛光的平面，因而其生长速率较低，且籽晶中的结构缺陷容易延续到生长晶体之中，并增生新的缺陷，是碳化硅晶体存在高密度微管缺陷的主要原因之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种用曲面籽晶进行PVT晶体生长的方法，将籽晶的生长表面设计加工成曲面，解决了现有方法中晶体生长速率低、缺陷密度高的问题。

本发明所采用的技术方案是，用曲面籽晶进行PVT晶体生长的方法，其特点是将圆片籽晶的生长表面设计成曲面，并使晶面倾角θ为6°～10°。

本发明的方法采用曲面作为籽晶的生长表面，实现了多层并行生长，晶体的生长速度加快，而且，这种多层并行生长有助于抑制籽晶中缺陷的延续和晶体生长过程中缺陷的增生。

附图说明

图1是本方法使用的曲面籽晶在通用设备生长室中的位置示意图；

图2是籽晶的球形表面造型示意图；

图3是说明晶体生长机理的原理示意图，其中，a是原子在(100)晶面的可选位置示意图，b是宏观曲面提供大量微观生长台阶和位置A示意图。

图中，1.感应线圈，2.保温层，3.籽晶，4.SiC粉，5.石墨坩锅，6.石英管。

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。

本发明的方法采用通用的PVT法人工晶体生长设备和常规配置的密闭晶体生长室，如图1所示，石英管6外围布置感应线圈1对石墨坩锅5进行高频加热，石墨坩锅5外包覆保温层2，石墨坩锅5内放置SiC粉4作为原料，将籽晶3放置在坩锅内顶部，生长面朝向原料SiC粉。

本发明方法中晶体的生长工艺与常规工艺相同，所不同的只是所用圆片籽晶的表面造型。

具体步骤如下：

首先加工籽晶的曲面。

确定籽晶的生长面(Si面)倾角θ取值在6°～10°范围内，籽晶的直径为d，按下面公式计算出籽晶生长表面的球面半径R：R＝d/(2Sinθ)，如图2所示；

按上面计算所得的球面半径R，加工磨盘和抛光盘的研磨面，磨盘和抛光盘的其他尺寸按所用研磨、抛光设备的相关尺寸确定；

将籽晶片用上述加工成型的磨盘在常规磨片机上粗磨成型；

将已成型籽晶表面用上述加工成型的的抛光盘在常规抛光机上抛光；

将成型并抛光后的籽晶片按常规方法清洗、脱水、烘干后，按图1所示用常规方法粘贴到生长室中；

按常规方法进行晶体生长。

本发明方法采用籽晶的生长表面为曲面的形式，其理论机理为：

单晶体的气相生长通常采取层状生长模式。以简立方晶格的(100)晶面为例，按照结晶学的完整光滑突变生长面模型，其生长界面上可有5种主要位置，如图3a所示。其中，位置A和B属于生长中的原子层，C、D、E属于新生长层。位置A因为三面都有就位原子，是吸引力最大的位置。位置B的两面已有就位原子，而位置C、D、E都只是一面有就位原子，因而B是吸引力次大的位置。于是，在晶体生长过程中，进入新相的原子将首先占据像A这样的位置，在完成了一列原子的排列之后，才会选择位置B，在B的两侧各形成一个位置A，然后向两端开始新一列原子的排列，直到一层长满，才会选择位置C开始新一层的生长。在使用平面造型籽晶的生长过程中，A这样的位置只有1～2个。然而对球面造型，宏观尺度的球面会造就大量图a所示的微观生长台阶AB和大量的低能位置A，如图3b所示，因而生长速率较快。譬如在某相同生长条件下，使用平面籽晶的平均生长速率为0.078mm/h，而使用曲面籽晶的平均生长速率为0.119mm/h。同时，在这种情况下的多层并行生长也有助于抑制籽晶中缺陷的延续和晶体生长过程中缺陷的增生。