[发明专利]晶体生长装置和晶体生长方法

说明书

本发明涉及晶体生长技术领域，具体而言，涉及一种晶体生长装置和晶体生长方法。晶体生长装置包括坩埚盖和坩埚体；坩埚体包括相互配合的侧壁和底壁；沿坩埚体的高度，侧壁包括多个壁体和多个连接段，壁体和连接段依次错开连接；坩埚盖、底壁和壁体均由第一石墨材质制成，连接段由第二石墨材质制成；且第一石墨材质的密度大于第二石墨材质的密度。如此能够提高坩埚内部的N₂含量，以增加原料及生长器件中吸附更多的N₂，加大参与晶体生长反应的N₂含量，从而减小碳化硅晶片的电阻率。

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，具体而言，涉及一种晶体生长装置和晶体生长方法。

背景技术

物理气相沉积法(PVT)采用中频感应加热，高密度石墨坩埚作为发热体。石墨坩埚底部放置碳化硅粉末，高质量碳化硅籽晶粘贴于石墨坩埚顶部，生长4H-SiC普遍采用C面作为生长面进行晶体生长。碳化硅粉末在2100℃以上温度与低压环境下升华成Si、Si₂C、SiC₂等气体，并沿着轴向温度梯度从粉料区传输到籽晶处沉积结晶成碳化硅单晶。

尽管PVT法在碳化硅生长领域已经很成熟，但对于制备低电阻的导电性碳化硅单晶依然存在着缺陷。目前普遍采用往生长腔室中通入流动的N₂来增加碳化硅单晶中的N离子浓度，同时增加晶体中的掺氮效率是制备低电阻率碳化硅晶片不可避免的问题。

然而现有技术的却很难有效地将N掺进晶体内部，从而造成了碳化硅晶片电阻率不满足要求的情况。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种晶体生长装置和晶体生长方法，其能够增加原料及生长器件中吸附更多的N₂，以提高坩埚内部的N₂含量，加大参与晶体生长反应的N₂含量，从而减小碳化硅晶片的电阻率。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种晶体生长装置，包括：

坩埚盖和坩埚体；

所述坩埚体包括相互配合的侧壁和底壁；

沿所述坩埚体的高度，侧壁包括多个壁体和多个连接段，所述壁体和所述连接段依次错开连接；

所述坩埚盖、所述底壁和所述壁体均由第一石墨材质制成，所述连接段由第二石墨材质制成；且所述第一石墨材质的密度大于第二石墨材质的密度。

现有技术中，随着坩埚内碳化硅气体分压逐步增大，此时普通坩埚由于致密性过高，N₂受到的分子扩散力小于压差带来的驱动力，无法有效的进入坩埚内部，造成N₂浓度过低。

本方案的晶体生长装置通过在壁体上部分采用低密度石墨材质，使得坩埚体中上部各设置有低密度石墨部分，意为增加坩埚内外部N₂渗透的能力。具体的，本方案的坩埚可经由低密度石墨部分有效进入坩埚内部，同时低密度石墨依然能有效的阻止坩埚内部碳化硅气体跑出同时，这样的布置方式不会影响坩埚的发热效率和热场分布。如此获得了一种既提高指定边界位置的渗透系数，又保留高发热效率坩埚的物理气相沉积法制备晶体的装置。

在可选的实施方式中，所述第一石墨材质的密度为1.4～1.8g/cm³。

在可选的实施方式中，所述第二石墨材质的密度为0.9～1.1g/cm³。

在可选的实施方式中，沿坩埚体的高度方向，所述壁体的高度大于所述连接段的高度。

在可选的实施方式中，相邻的多个所述连接段之间的间距相等。