[实用新型]一种长晶装置

说明书

本申请公开了一种长晶装置，属于半导体材料领域。该长晶装置的保温层包括至于坩埚上方的上保温层组，上保温层组设置测温孔，上保温层组包括共中心轴的第一上保温层和第二上保温层，第一上保温层设置第一开口，第二上保温层设置第二开口，测温孔使坩埚内形成盛放原料的低温区和设置籽晶的高温区；包括旋转调节机构，旋转调节机构旋转第一上保温层和/或第二上保温层，以调节第一开口和第二开口形成的测温孔的横截面积大小，进而调节长晶过程中坩埚内轴向温度梯度和径向温度梯度。该长晶装置不仅可以调节生长单晶的生长腔内径向温度梯度；并且可以在降低径向温度梯度的同时，可以保证具有一定的轴向温度梯度，而可以高效率的制得高质量的单晶。

技术领域

本申请涉及一种长晶装置，属于半导体材料领域。

背景技术

碳化硅单晶是最重要的第三代半导体材料之一，因其具有禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等优异性质，而被广泛应用于电力电子、射频器件、光电子器件等领域。

目前碳化硅单晶的主要制备方法是物理气相传输(PVT)法。在PVT法制备晶体的过程中，生长晶体的生长腔内存在径向温度梯度和轴向温度梯度。在晶体稳定生长阶段，较大的轴向温度梯度具有较快的晶体生长速度，较小的径向温度梯度可以减少引入应力及位错。但是在实际生产中难以同时达到大轴向温度梯度和小径向温度梯度。

另一方面，在碳化硅晶体生长过程中，常常需要径向温度梯度发生一定的变化来改善晶体质量。晶体生长初期需要一定的径向温度梯度来完成横向生长，生长初期较大的径向温度梯度可在一定程度上减轻空洞的产生。而晶体生长后期则需要促进晶体纵向生长，不需要较大的径向温度梯度。

总的来说，为快速制得高质量、低缺陷的碳化硅晶体，需要在晶体生长初期的径向温度梯度大，轴向温度梯度小；而在稳定生长阶段的径向温度梯度小，轴向温度梯度大。

然而，目前制备碳化硅的PVT设备通常采用上下直径相同的感应线圈。现有的感应线圈的加热方式，一方面，难以在提高生长腔的轴向温度梯度时，不影响径向温度梯度，保证小的径向温度梯度；另一方面，在降低径向温度梯度时，轴向温度梯度也有很大的下降，无法保证生长速率。另外，目前的设备中也难以实现在碳化硅晶体的生长过程中的径向温度梯度在较大范围内的调控，难以实现碳化硅晶体生长中所需的径向温度梯度的改变。

发明内容

为了解决上述问题，提供了一种长晶装置，该长晶装置可以调节生长单晶的生长腔内径向温度梯度；还可以在降低径向温度梯度的同时，可以保证具有一定的轴向温度梯度，而可以高效率的制得高质量、低缺陷的单晶。

该长晶装置，其包括坩埚、保温层、炉体和加热件，所述保温层包括至于坩埚上方的上保温层组，所述上保温层组设置测温孔，所述上保温层组包括共中心轴的第一上保温层和第二上保温层，所述第一上保温层设置第一开口，所述第二上保温层设置第二开口，所述测温孔使坩埚内形成盛放原料的低温区和设置籽晶的高温区；还包括旋转调节机构，所述旋转调节机构旋转所述第一上保温层和/或第二上保温层，以调节所述第一开口和第二开口形成的测温孔的横截面积大小，进而调节长晶过程中坩埚内轴向温度梯度和径向温度梯度。

单晶生长初期需要在长晶面形成大的径向温度梯度，需要大横截面的测温孔；稳定生长阶段需要在长晶面形成尽量小的径向温度梯度，需要小横截面的测温孔，所以旋转第一上保温层和第二上保温层减小第一开口和第二开口形成的测温孔横截面积，以减小测温孔的内径。根据单晶生长初期与稳定生长阶段对生长腔内的长晶面的径向温度梯度和轴向温度梯度要求的不同，通过调节测温孔的大小来调节长晶面的径向温度梯度和轴向温度梯度。

可选地，所述第一开口和第二开口共中心设置；所述第一开口与所述第二开口发生相对旋转至最小重合位置形成测温孔的最小横截面积；所述第一开口与所述第二开口发生相对旋转至最大重合位置形成测温孔的最大横截面积。

可选地，所述第一开口和第二开口为中心对称形状。