[实用新型]一种碳化硅晶体生长的坩埚结构

说明书

本实用新型涉及一种坩埚结构，尤其涉及一种碳化硅晶体生长的坩埚结构。

SiC半导体材料是继第一代元素半导体材料（Si）和第二代化合物半导体材料（GaAs、GaP、InP等）之后发展起来的第三代宽带隙（Wide Band‑gap Semiconductor,WBS）半导体材料的代表。与前两代半导体材料相比，SiC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以及极好的化学稳定性等特点，在光电子和微电子领域，具有巨大的应用潜力。

目前，PVT法已被证实是能够生长大尺寸SiC单晶最有效的标准方法。典型的SiC晶体生长室由坩埚盖和坩埚体组成，坩埚盖的作用是放置籽晶，坩埚体锅底的作用是放置粉料。石墨坩埚在采用感应加热方式的物理气相输运(Physical Vapor Transport，PVT)法，晶体生长系统中不仅是热的产生体，也是晶体生长的反应室。除设备本身的设计外，石墨坩埚的结构直接影响生长温度分布。

现有的SiC晶体技术中，典型的坩埚结构如图1所示，石墨坩埚由坩埚盖和坩埚体组成。坩埚体可分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区；Ⅰ区位放置籽晶4区域，位于坩埚盖上，Ⅱ区是晶体生长区域5，Ⅲ区放置原料区域6；晶体生长过程中，Ⅱ区的温场分布决定了结晶体的品质，

从图1中可以看出，圆柱形石墨坩埚体的Ⅱ区5和Ⅲ区6的坩埚结构是一体形成，这样的结构导致原料区和生长区的体积固定，且很难独立控制结晶区域5即生长区（Ⅱ区）的温场分布及尺寸大小。坩埚体2由三高石墨加工而成，坩埚盖1与坩埚体2通过螺纹连接，感应线圈7通交变电流，石墨材料制备的加热器5会感应产生电流，由于存在肌肤效应，通过加热器的电流大于通过坩埚的电流，因此，加热器温度高于坩埚温度，并且在晶体生长过程中沿径向和轴向均会形成温差。晶体中存在的热应力，影响晶体的结晶质量。

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种碳化硅晶体生长的坩埚结构，克服现有技术中坩埚体的Ⅱ区和Ⅲ区的坩埚结构是一体形成导致晶体生长过程中的温场分布不均匀，影响晶体的结晶质量的缺陷。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种碳化硅晶体生长的坩埚结构，包括坩埚锅盖及坩埚体，所述坩埚体包括用于晶体生长的第一坩埚壁和用于放置原料的第二坩埚壁和坩埚底结构，所述第一坩埚壁的上端与所述坩埚盖活动连接；所述第一坩埚壁的下端与所述第二坩埚壁的上端可拆卸连接；所述第二坩埚壁下端与坩埚底固定连接；所述第一坩埚壁及坩埚盖内为生长腔，所述第二坩埚壁与所述坩埚底内为原料腔，所述生长腔与所述原料腔相连通。

本实用新型的有益效果是：在坩埚体中用于晶体生长区域及用于放置原料区域的坩埚体为分体制成，分别第一坩埚壁和第二坩埚壁及坩埚底构成，即生长腔与原料腔可拆卸的连接，可以根据需要设置生长腔的高度，该结构可以独立控制晶体生长过程中的温场分布，减少晶体中存在的热应力、异晶型等缺陷，从而大大提高了晶体的结晶质量。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述第一坩埚壁和第二坩埚壁均为圆筒状结构，其二者之间可拆卸连接。

进一步，所述第一坩埚壁高度在20毫米～70毫米，直径大于50毫米，即生长腔的高度在20毫～70mm，直径大于50毫米。也可以根据制备不同碳化硅晶体的需要制定适宜高度的生长腔的高度。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过调整第一坩埚壁及第二坩埚壁的长度改变生长腔与原料腔的尺寸大小，控制碳化硅晶体在生长过程中的径向温场分布和轴向温场分布，减少晶体中存在的热应力、异晶型等缺陷，从而大大提高了晶体的结晶质量。

进一步，所述第一坩埚壁的下端与第二坩埚壁的上端螺纹连接。也可以通过其它的连接方式紧密扣接。

进一步，所述用于晶体生长的第一坩埚壁为绝缘体材料或者碳化合物制成。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用绝缘体材料制备的生长腔，碳化硅晶体在生长过程中的热场分布更加趋于均匀，保证晶体的结晶质量。

进一步，所述绝缘体材料为碳化钽材料。

进一步，所述坩埚盖、第二坩埚壁及坩埚底均为石墨制成。

图1是现有技术中物理气相法生长碳化硅晶体的坩埚结构的剖面结构示意图；

图1是现有技术中物理气相法生长碳化硅晶体的坩埚结构的剖面结构示意图；

图2为本实用新型一种碳化硅晶体生长的坩埚结构的剖面结构示意图。