[发明专利]一种碳化硅单晶的制备方法及一种单晶长晶炉、单晶长晶炉的加热装置

说明书

本发明涉及单晶制备技术领域，具体涉及一种碳化硅单晶的制备方法及一种单晶长晶炉、单晶长晶炉的加热装置。本发明提供了一种单晶长晶炉的加热装置，包括第一加热器1和第二加热器2，所述第二加热器2包括多个独立工作的加热单元21，所述第一加热器1为蛇形加热器或平面螺旋形加热器，所述加热单元21为环形加热器，本发明提供的加热装置能够实现对所述单晶生长腔内的温度进行精确控制，从而制备SiC单晶时能够得到高质量、大尺寸的SiC单晶。

技术领域

本发明涉及单晶制备技术领域，具体涉及一种碳化硅单晶的制备方法及一种单晶长晶炉、单晶长晶炉的加热装置。

背景技术

SiC晶体材料作为一种第三代半导体材料，因其具有禁带宽度大、耐击穿电场强、饱和电子迁移速度高、热导率高和化学稳定性好等优异的物理化学及电学性能，被认为是制作高功率、高频率电子器件的理想材料，可广泛用于高温强辐射等极限条件。

目前，生长SiC的方法包括晶体生长和外延生长，其中PVT(物理气相传输)法是目前最为成熟也是实现推广量产SiC晶体生长主要方式。

碳化硅晶体PVT法长晶炉多为感应炉，坩埚作为发热体进行晶体生长，将生长源的高纯SiC粉料置于石墨坩埚底部，籽晶固定在石墨坩埚顶部，通过对石墨坩埚进行加热，并调节坩埚与加热装置的相对位置使生长源的温度高于籽晶的温度，生长源在高温下升华分解生成气态物质，通过生长源与籽晶之间存在的温度梯度所形成的压力梯度的驱动，这些气态物质被输运到低温的籽晶表面，结晶形成SiC晶体。

虽然PVT法生长SiC单晶所用的设备简单，且能够生长处高质量、大尺寸的SiC单晶，但是PVT法是一个复杂的过程，要获得高质量的SiC材料必须精确控制多种晶体生长参数，尤其是温度和温度梯度，现有的PVT长晶炉对石墨坩埚中温度梯度场的控制精确度低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种碳化硅单晶的制备方法及一种制备单晶的装置，本发明提供的制备单晶的方法能够实现对石墨坩埚内温度和温度梯度的精装控制，生长处高质量、大尺寸的SiC单晶。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种单晶长晶炉的加热装置5，包括第一加热器1和第二加热器2，所述第二加热器2包括多个独立工作的加热单元21，所述第一加热器1为蛇形加热器或平面螺旋形加热器，所述加热单元21为环形加热器。

本发明提供了一种单晶长晶炉，包括由内至外依次设置的坩埚3、加热装置5和保温毡4，所述坩埚3形成单晶生长腔，所述单晶生长腔包括盛放原料的原料区和设置籽晶的长晶区，所述原料区和长晶区之间的区域形成气相区，所述加热装置为上述技术方案所述的单晶长晶炉的加热装置，所述第一加热器1设置于所述坩埚的底面下方；各加热单元21套设于所述坩埚外周面且沿坩埚轴向分布。

本发明提供了一种碳化硅单晶的制备方法，采用上述技术方案所述的单晶长晶炉进行，包括以下步骤：

所述单晶生长腔的压力为第二压力时，采用所述第一加热器和第二加热器将所述原料区的温度控制为第四温度，采用所述第二加热器将所述长晶区的温度控制为第五温度、将所述气相区的温度控制为第六温度；

所述第一加热器控制和第二加热器所述原料区的轴向温度梯度为1～3℃/min，所述第二加热器控制所述长晶区和气相区的轴向温度梯度独立地为2～5℃/min、控制所述长晶区和气相区的径向温度梯度独立的为0.2～1.2℃/min；

所述第四温度为2450～2550℃，所述第五温度为2300～2400℃，所述第六温度为2150～2250℃，所述第二压力为8～10mbar。

优选的，包括以下步骤：