[发明专利]用于生长高纯半绝缘碳化硅晶体的坩埚

说明书

本发明是关于一种用于生长高纯半绝缘碳化硅晶体的坩埚，该坩埚的坩埚体的侧壁采用低密度的石墨材料制成，使得坩埚和碳化硅生长组分源料吸附的杂质元素氮，随着生长腔内温度的升高，氮杂质逐渐解吸附，在坩埚内部形成较高的氮气分压，进而与坩埚外部环境形成一定浓度差，氮杂质很容易通过低密度的坩埚体侧壁扩散出去。进一步的，该坩埚体侧壁中还设计有夹层腔，夹层腔中放置的粉料可以在夹层腔中提供生长碳化硅晶体用的生长组分蒸汽压，并且夹层腔中的生长组分蒸汽压等于或者略大于生长腔内的生长组分蒸汽压,避免了生长腔中生长组分蒸汽压直接从低密度石墨材料的侧壁扩散至生长腔外部，进而有效促进低杂质含量的高纯半绝缘碳化硅晶体的生长。

技术领域

本发明涉及碳化硅晶体制备技术领域，尤其涉及一种用于生长高纯半绝缘碳化硅晶体的坩埚。

背景技术

碳化硅(SiC)作为继Si、GaAs之后发展起来的第三代宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、临界击穿电场强度高、热导率高、化学稳定性好等优良的物理化学特性。基于上述优良的物理化学特性，碳化硅材料是制造高性能电力电子器件、固体微波器件和固体传感器等新型器件以及耐高温集成电路的优选衬底材料，特别是固体微波器件应用领域，为了克服衬底材料有关的寄生电容引起的信号损失，必须采用绝缘或者半绝缘碳化硅材料。

碳化硅半绝缘特性的实现机理是在碳化硅带隙内引入深能级，利用深能级补偿非故意掺杂形成浅施主和浅受主浓度之差值的方式，将衬底费米能级保持在禁带中央附近，提高碳化硅晶体的电阻率。目前，在碳化硅带隙内引入深能级的方法主要有两种：一种是加入过渡金属掺杂剂，特别是钒、钛，来形成深能级补偿浅能级杂质；另一种是通过形成本征的深能级点缺陷补偿浅能级杂质。然而，由于钒杂质较大的俘获截面会在微波器件中引入有害的载流子陷阱，导致器件出现电流崩塌、不同工作频率下的漏电流离散和降低输出功率等问题，影响微波器件的性能，因此最好使用本征点缺陷在禁带中引入深能级补偿浅能级杂质，实现高纯半绝缘碳化硅材料制备。

由于本征缺陷具有较大的形成能，并且碳化硅晶体中本征点缺陷浓度较低，所以为实现浅能级杂质的完全补偿实现其半绝缘性质，对碳化硅晶体中浅能级杂质的浓度要求就要极为苛刻。然而，在生长高纯半绝缘碳化硅晶体所采用的物理气相传输(PhysicalVapor Transport，PVT)法中，生长碳化硅晶体所用的碳化生长组分源料、石墨坩埚和石墨纤维保温系统中不可避免的存在铝、硼等杂质元素以及氮杂质元素的吸附，上述杂质很容易在晶体生长过程中进入碳化硅晶体内部形成浅能级杂质，大大影响碳化硅晶体的电学性能。

现有技术中，通过使用高纯碳化硅源料、高纯石墨坩埚和高纯保温材料可以有效降低Al、B的含量，但是碳化硅源料所吸附的氮杂质却很难从石墨坩埚中排出，使得氮杂质在晶体生长中不可避免的进入碳化硅晶体内部，进而导致很难生长出杂质含量低的高纯半绝缘碳化硅材料。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种用于生长高纯半绝缘碳化硅晶体的坩埚。

本发明实施例提供的坩埚，包括坩埚体，其中：

所述坩埚体包括底壁、以及从所述底壁延伸出的侧壁，由所述底壁和所述侧壁围成用于放置碳化硅多晶粉料的内腔室，所述侧壁由低密度石墨材料制成；

所述侧壁中设有用于放置生长组分源的夹层腔；

所述生长组分源，用于在所述夹层腔中提供生长碳化硅晶体用的生长组分蒸汽压；

所述夹层腔中的生长组分蒸汽压大于或等于所述内腔室中的生长组分蒸汽压。

可选地，所述低密度石墨材料的密度为1.5～1.8g/cm³。

可选地，所述夹层腔中生长组分蒸汽压为所述内腔室中的生长组分蒸汽压的1～1.5倍。

可选地，所述夹层腔包括至少两层子夹层腔，所述至少两层子夹层腔沿所述坩埚体的径向方向依次排列。