[发明专利]一种制备大厚度单晶的装置和方法

说明书

一种制备大厚度单晶的装置和方法，本发明是要解决现有的宽禁带半导体晶体厚度较薄的技术问题。本发明的装置，包括坩埚加热器主体、石墨加热器上盖、籽晶托、多孔支撑板、保温外层、主感应线圈和至少2个分感应线圈；在坩埚加热器主体内的顶部设置籽晶托，中部设置多孔支撑板；在坩埚加热器主体外上部环绕设置可上、下移动主感应线圈、下部设置分感应线圈。方法：将原料装入坩埚加热器主体内，再将多晶原料放置在多孔支撑板上，将籽晶固定在籽晶托的下表面；使主感应线圈向下移动，再逐个开启分感应线圈进行加热使晶体生长。得到的晶体的厚度为20～100mm，纵向沉积均匀一致。可用于晶体生长领域。

技术领域

本发明涉及制备单晶的装置和方法。

背景技术

禁带宽度大于2eV的半导体称这宽禁带半导体，宽禁带半导体具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度等特点，在高温、高频、大功率、光电子和抗辐射等方面具有广泛应用。碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)是典型的宽禁带半导体材料。现有的制备宽禁带半导体材料的主要方法为物理气相输送法(PVT)，如申请号为201210251976.7的中国专利，公开了一种半导体材料的制备方法，该方法是将初始沉底放入金属有机化合物化学气相沉淀装置的内腔中，采用金属有机化合物化学气相沉淀法，初始衬底的外表面外延生长形成GaN层。这种方法存在生成的晶体厚度较薄的问题，通常厚度≤25mm，这也是单晶衬底材料成本居高不下的主要原因。

发明内容

本发明是要解决现有的宽禁带半导体晶体厚度较薄的技术问题，而提供一种制备大厚度单晶的装置和方法。

本发明的制备大厚度单晶的装置，包括坩埚加热器主体1、石墨加热器上盖2、籽晶托3、多孔支撑板4、保温外层5、主感应线圈6和至少2个分感应线圈7；

其中石墨加热器上盖2设置在坩埚加热器主体1之上；

籽晶托3设置在坩埚加热器主体1内的顶部，用来固定籽晶；多孔支撑板4设置在坩埚加热器主体1内的中部；多孔支撑板4的上部用来放置多晶块状原料，用来作为晶体生长初期的原料，并控制气相组分的流量允许下方原料气化后向上方流动，多孔支撑板4下部是用于盛装后期提供气相组分的晶体；

在坩埚加热器主体1和石墨加热器上盖2的外表面设置保温外层5；

在坩埚加热器主体1上部的保温外层5外环绕设置主感应线圈6；并且主感应线圈6可上、下移动；

在坩埚加热器主体1下部的保温外层5外环绕设置分感应线圈7。

更进一步地，分感应线圈7的个数为2～5个；

更进一步地，坩埚加热器主体1的长径比为(1～5)：1；

利用上述的装置制备大厚度单晶的方法，按以下步骤进行：

一、将原料10装入坩埚加热器主体1内，放上多孔支撑板4，再将与籽晶8为同种物质的多晶块状原料9放置在多孔支撑板4上表面，将籽晶8固定在籽晶托3的下表面，盖上石墨加热器上盖2；

二、调节主感应线圈6的高度，使坩埚加热器主体1内籽晶8的高度位于主感应线圈6从下往上计的1/2～1/5高度范围内；

三、使主感应线圈6和最上方的分感应线圈7进入工作状态，逐渐提高功率提升坩埚加热器主体1内温度至2100～2500℃保持2～30h；

四、原料在高温下变成气相组分，气相组分在籽晶表面逐层沉积，进而晶体随着时间越来越厚；晶体生长10～50小时后，主感应线圈6以0.05～0.3mm/小时的速度向下移动至终止位置；再按照从上到下的顺序，逐个开启下面的分感应线圈7，使其工作，进行晶体生长；