[实用新型]一种PVT法生长大尺寸半绝缘碳化硅单晶的生长装置

说明书

本实用新型提供了一种PVT法生长大尺寸半绝缘碳化硅单晶的生长装置。它包括石墨坩埚、加热线圈、抽真空装置和充气装置，抽真空装置和充气装置分别连接石墨坩埚内腔，连接处设置有蝶阀，加热线圈均匀设置在石墨坩埚外围，石墨坩埚内腔顶部设置有可移动的承载原料籽晶装置，充气装置连接氩气设备，加热线圈连接电子控制系统，抽真空装置包括机械泵和真空计，石墨坩埚内腔下方设置有多层交替均匀铺粉的C粉和Si颗粒。本实用新型的目的在于优化SiC单晶的生长工艺参数，进而生长出高纯半绝缘4H‑SiC单晶，具有提高SiC单晶生长效率、成品率、稳定性等特点。

技术领域

本实用新型属于碳化硅单晶生长领域，具体涉及一种PVT法生长大尺寸半绝缘碳化硅单晶。

背景技术

作为第三代宽禁带半导体材料的代表，SiC单晶具有宽带隙、高热导率、高临界击穿电场和高电子饱和迁移速率等优点，特别适合制作高功率密度的微电子器件以及工作在高温、高频、高压、大功率和强辐射等极端条件下功率电子器件。随着碳化硅基电子器件研究的日趋成熟，大尺寸、高质量的半绝缘SiC需求日趋迫切，成为SiC研究的聚焦领域之一。

物理气相传输法(Physical Vapor Transport-PVT)是目前较为成熟的大尺寸SiC晶体生长技术，即将 SiC 晶片贴在石墨坩埚盖上用作籽晶，石墨坩埚内装有作为生长原料的SiC粉末，生长温度控制在2100℃到2400℃之间，生长原料分解成气相组分后在石墨坩埚内部轴向温度梯度的驱动下输运到籽晶处结晶生长 SiC 晶体。

半绝缘SiC材料对SiC器件的制作有非常重要的意义。GaN/SiC微波HEMT器件的首选衬底。目前国内大功率GaN/SiC HEMT器件使用半绝缘SiC单晶衬底多为掺钒半绝缘4H-SiC单晶，使用掺钒半绝缘SiC衬底的背栅效应导致器件性能下降甚至失效，钒会在微波器件中产生背栅效应导致电流崩塌，不同频率下的漏电流离散和降低输出功率等缺陷。本实用新型利用SiC单晶的本征缺陷引入深能级补偿浅能级杂质，生长出无掺杂的高纯半绝缘4H-SiC单晶。

发明内容

本实用新型的目的在于优化SiC单晶的生长工艺参数，进而生长出高纯半绝缘4H-SiC单晶，提高SiC单晶生长效率、成品率、稳定性的PVT法生长大尺寸半绝缘碳化硅单晶的生长装置。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括石墨坩埚、加热线圈、抽真空装置和充气装置，抽真空装置和充气装置分别连接石墨坩埚内腔，连接处设置有蝶阀，加热线圈均匀设置在石墨坩埚外围，石墨坩埚内腔顶部设置有可移动的承载原料籽晶装置，充气装置连接氩气设备，加热线圈连接电子控制系统，抽真空装置包括机械泵和真空计，石墨坩埚内腔下方设置有多层交替均匀铺粉的C粉和Si颗粒。

本实用新型还有这样一些技术特征：

1、所述的承载原料籽晶装置分别倾斜设置在石墨坩埚内腔顶部两侧，可沿石墨坩埚内腔垂直方向滑动，原料籽晶设置在承载原料籽晶装置上方。

本实用新型工艺过程如下：

（1） 高纯SiC粉末的制备：在合成SiC之前将C粉放入石墨坩埚，在2200℃~2300℃高真空下烧结3小时，以减少C粉和石墨坩埚中吸附的气体杂质。将C粉和Si颗粒均匀撒放在坩埚内，将气压抽至10^-3Pa以下，缓慢升温至1300℃~1400℃排出原料中吸附的气体杂质，充入高纯氩气至60000Pa~80000Pa，升温至2100℃-~2150℃。保温1h~2h后停止加热，获得高纯SiC粉末；

（2） 装炉、抽真空：装炉后，使用机械泵将炉腔气压抽至10~15Pa后，使用分子泵将气压抽至10^-3~10^-4Pa；