[发明专利]一种生长高质量SiC单晶的装置及生长方法

说明书

一种生长高质量SiC单晶的装置及生长方法，它属于碳化硅晶体生长技术领域。本发明要解决的是SiC单晶有瑕疵的问题。本发明装置包括坩埚主体，所述的坩埚主体外侧设置有保温层，坩埚主体的坩埚上盖粘贴籽晶，坩埚主体的中部设置有上层石墨板，坩埚主体的下部设置有下层石墨板，坩埚主体的底部装有硅粉，保温层的外侧设置有石英管，石英管外侧上部环绕上部感应线圈，石英管外侧中部环绕中部感应线圈，石英管外侧下部环绕下部感应线圈。生长原料由纯度不低于10ppm的硅粉以及石墨片组成，实现了无其他杂质掺杂可能，配合新热场以及坩埚能够得到质量较高，生长均匀的SiC单晶。

技术领域

本发明属于碳化硅晶体生长技术领域；具体涉及一种生长高质量SiC单晶的装置及生长方法。

背景技术

由于SiC在常压下在加热到熔点之前就会分解，无法直接使用类似于硅晶体生长的方法。目前大尺寸碳化硅晶体生长方法主要有两种：一种是加入助熔剂形成含有碳化硅的熔液，并利用该熔液生长晶体。另一种是PVT法，该方法是将碳化硅粉料放入坩埚底部，将碳化硅籽晶(碳化硅单晶晶片，作为晶体生长的种子)粘贴于坩埚顶部，之后对反应容器抽真空，并加热到1000℃左右，期间保持真空度。之后充入适量的氩气，进一步加热到2000℃左右，在此高温与惰性气氛的条件下使原料发生分解制备晶体。

在晶体制备过程中的由于热场以及原料承载装置的问题导致晶体质量不佳、生长不够均匀、厚度达不到市场需求等问题。

发明内容

本发明目的是提供了一种生长高质量SiC单晶的装置及生长方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种生长高质量SiC单晶的装置，所述的一种生长高质量SiC单晶的装置包括坩埚主体，所述的坩埚主体外侧设置有保温层，坩埚主体的坩埚上盖粘贴籽晶，坩埚主体的中部设置有上层石墨板，坩埚主体的下部设置有下层石墨板，坩埚主体的底部装有硅粉，保温层的外侧设置有石英管，石英管外侧上部环绕上部感应线圈，石英管外侧中部环绕中部感应线圈，石英管外侧下部环绕下部感应线圈。

本发明所述的一种生长高质量SiC单晶的装置，所述的上部感应线圈给籽晶加热。

一种生长高质量SiC单晶的装置，所述的中部感应线圈给坩埚主体的气体上升通道加热。

一种生长高质量SiC单晶的装置，所述的下部感应线圈给硅粉加热。

一种生长高质量SiC单晶的装置，所述的上层石墨板的层数为1层，厚度为15-20mm，所述的上层石墨板上开孔孔径5-10mm，开孔角度45-60°，所述的上层石墨板的纯度不低于10ppm。

一种生长高质量SiC单晶的装置，所述的下层石墨板的层数为4-5层，每个下层石墨板的厚度为2-3mm，所述的下层石墨板上开孔孔径3-5mm，开孔角度45-60°，所述的下层石墨板的纯度不低于10ppm。

一种生长高质量SiC单晶的装置，所述的保温层为保温材料缠绕在坩埚主体外部，所述的上部感应线圈、中部感应线圈、下部感应线圈分别由三个电源控制。

一种生长高质量SiC单晶的装置的生长方法，包括如下步骤：

步骤1、按照次序将硅粉、下层石墨板、上层石墨板放入坩埚主体，将籽晶固定于坩埚上盖，密封坩埚主体后，坩埚主体外侧包裹保温材料，调整坩埚主体在石英管内的位置，待用；

步骤2、密封坩埚主体，对坩埚主体抽真空到2-15Torr，然后保持坩埚主体的真空度在2-15Torr的条件下，控制下部感应线圈开始加热，然后控制上部感应线圈以及中部感应线圈开始加热，进入SiC单晶的生长阶段；

步骤3、SiC单晶的生长阶段结束后，逐步降低线圈加热功率，坩埚进入降温阶段，然后充入氩气到常压，自然冷却后，取出SiC单晶。