[发明专利]一种具有双生长腔室的翻转式SiC单晶生长装置

说明书

本发明申请公开了一种具有双生长腔室的翻转式SiC单晶生长装置，包括加热线圈、翻转装置和组合坩埚；所述组合坩埚包括第一石墨坩埚和第二石墨坩埚，所述第一石墨坩埚和第二石墨坩埚分别具有独立的供SiC单晶生长的生长腔室；所述翻转装置作用下所述组合坩埚可在竖直平面内绕其中部对称旋转。本发明申请通过采用双石墨坩埚对称组合设置，并引入翻转装置，在碳化硅单晶生长过程中进行180度间断式翻转，使得碳化硅原粉可以在加热升华一段时间后实现上部粉末和下部粉末的倒置，实现粉末的及时有效混合和充分利用，从而解决碳化硅原粉加热升华一段时间后的富碳问题，确保获得高质量的碳化硅单晶。

技术领域

本发明涉及碳化硅单晶生长领域，更具体地，涉及一种具有双生长腔室的翻转式SiC单晶生长装置。

背景技术

作为第三代半导体材料的典型代表，碳化硅具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、化学稳定性高以及抗辐射能力强等优异性能，是激光器、高铁、探测器等领域的耐高温、抗辐射以及大功率半导体器件的适用材料。

目前碳化硅的生长技术主要以物理气相输运(PVT)为主，其原理是通过中频感应方式使线圈内部的石墨坩埚整体发热，使坩埚内部形成轴向温度梯度，即坩埚底部碳化硅粉体原料（简称碳化硅原粉）温度高，顶部籽晶温度低，碳化硅原粉在坩埚底部受热升华后产生大量的如Si、Si₂C、SiC₂等气相组分，从而在温度梯度和浓度梯度的作用下，在籽晶生长面上实现碳化硅单晶的生长。这个过程中，由于原粉中硅气体在坩埚内优先升华，因此在晶体生长中后期，碳化硅原粉中剩余的未升华的碳化硅粉末变得越来越富含碳，使得生长腔室内的碳硅比例失调，造成碳化硅籽晶表面硅流量偏低，生长表面出现碳化问题，导致碳化硅单晶中缺陷增多。

因此，如何在生长过程中及时调整碳化硅原粉中的成分，使得碳硅比例不出现失调，有效解决生长中后期碳化硅原粉的富碳问题，对碳化硅单晶生长质量的控制非常的重要。

发明内容

就上述现有技术存在的问题，本发明申请通过采用双石墨坩埚对称组合设置，并引入翻转装置实现生长装置在生长过程中间断式翻转，使得碳化硅原粉可以在加热升华一段时间后实现上部粉末和下部粉末的倒置，实现粉末的及时有效混合和充分利用，从而解决碳化硅原粉加热升华一段时间后的富碳问题，确保获得高质量的碳化硅单晶。

为实现上述目的，本发明申请提出了一种具有双生长腔室的翻转式SiC单晶生长装置，其采用的主要技术方案如下：

包括加热线圈、翻转装置和组合坩埚；所述组合坩埚包括第一石墨坩埚和第二石墨坩埚，所述第一石墨坩埚的底部和第二石墨坩埚的底部相邻固定，所述第一石墨坩埚和第二石墨坩埚分别具有独立的供SiC单晶生长的生长腔室；所述加热线圈分别独立置于所述第一石墨坩埚和第二石墨坩埚外侧；所述翻转装置通过支撑杆分别与所述组合坩埚的中部和端部连接，所述翻转装置作用下所述组合坩埚可在竖直平面内绕其中部对称旋转。

本发明申请还包括如下附属的技术方案：

所述第一石墨坩埚和第二石墨坩埚的底部分别设有可供装填碳化硅原粉的第一石墨底盖和第二石墨底盖。

所述第一石墨坩埚包括第一原粉腔室、第一生长腔室和第一籽晶托，所述第一原粉腔室和第一籽晶托分别位于所述第一石墨坩埚的两端；所述第二石墨坩埚包括第二原粉腔室、第二生长腔室和第二籽晶托，所述第二原粉腔室和第二籽晶托分别位于所述第二石墨坩埚的两端。

所述第一原粉腔室和所述第二原粉腔室对称设置，均位于所述组合坩埚的中部。

所述第一石墨底盖和所述第二石墨底盖之间设有可控制连通或关闭的石墨隔板。该石墨隔板打开后，只要同时打开所述第一石墨底盖和所述第二石墨底盖，所述第一原粉腔室和第二原粉腔室之间就可以实现连通，彼此之间装填的碳化硅原粉可实现混合；该石墨隔板关闭后，所述第一石墨底盖和所述第二石墨底盖之间被隔离。