[发明专利]一种碳化硅单晶及其PVT法生产方法和应用

说明书

本申请公开了一种碳化硅单晶及其PVT法生产方法和应用，属于碳化硅单晶生产工艺领域。所述方法包括在碳化硅长晶用坩埚内进行PVT法生产碳化硅单晶的步骤，所述PVT法生产碳化硅单晶时，在所述坩埚外周设热辐射反射装置，所述热辐射反射装置的热辐射反射镜面将所述坩埚散发的热量反射至所述坩埚。试验证明，所述方法可以降低碳化硅长晶所用的加热功率，节约电能和长晶成本，同时还可以降低碳化硅晶体出现晶体多型或微管等缺陷，提高良品率；由于使用热辐射反射装置后热量主要反射回坩埚处，向外传导的热量很少，不需要对PVT法生产碳化硅单晶的装置外部进行降温，取代了长晶装置外的循环水或进出风口的冷却方式，提高了长晶环境的稳定性。

技术领域

本发明涉及碳化硅单晶生产工艺领域，具体涉及碳化硅单晶及其PVT法生产方法和应用。

背景技术

碳化硅是继硅、砷化镓之后的第三代宽禁带半导体材料之一，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。高质量晶体是半导体和信息产业发展的基石，它的制备水平制约了下游器件的制备与性能。尽管近几年物理气相传输法(PVT)生长碳化硅晶体取得了长足的进步，但其生长晶体的稳定性仍需要进一步研究，如晶体生长过程中会受到循环水水温波动的影响，碳化硅晶体长晶过程的电力消耗过大。

目前生长碳化硅晶体的长晶炉的炉腔外降温的方式主要有两种：在双层炉腔中心通循环水来冷却炉膛、在单层炉腔外设置保护罩加循环水来冷却，两种方法受限于循环水水温的控制，若水温发生波动，晶体生长条件就会发生波动，最终的结果都会使晶体生长条件波动影响长晶稳定性，导致晶体出现多型体或微管等缺陷，影响良品率。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种碳化硅单晶及其PVT法生产方法和应用。本发明通过试验证明，所述方法可以降低碳化硅长晶所用的加热功率，节约电能和长晶成本，同时还可以降低碳化硅晶体出现晶体多型或微管等缺陷，提高良品率；由于使用热辐射反射装置后热量主要反射回坩埚处，向外传导的热量很少，不需要对PVT法生产碳化硅单晶的装置外部进行降温，取代了长晶装置外的循环水或进出风口的冷却方式，提高了长晶环境的稳定性。

一方面，本发明提供一种PVT法生产碳化硅单晶的方法，所述方法包括在碳化硅长晶用坩埚内进行PVT法生产碳化硅单晶的步骤，

所述PVT法生产碳化硅单晶时，在所述坩埚外周设热辐射反射装置，所述热辐射反射装置的热辐射反射镜面将所述坩埚散发的热量反射至所述坩埚。

可选地，所述热辐射反射装置在所述坩埚(如一般为石墨坩埚)外周(如侧外周、和/或上部、和/或下部)，将所述坩埚处(包括坩埚内部和/或外部)散发出来的热量通过所述热辐射反射装置反射回所述坩埚处(包括坩埚内部和/或外部)。可以侧面和底面都有，优选侧面，因为侧面通常为高纯石英管，下面的腔体主要为金属。

可选地，所述热辐射反射装置的至少朝向所述坩埚侧壁的内侧壁为热辐射反射镜面，所述热辐射反射镜面能够将所述坩埚处散发的热量反射回所述坩埚；

所述坩埚外且所述热辐射反射装置内设保温结构，在所述坩埚外设温度监控装置，所述温度监控装置能够对所述坩埚内部温度进行监控。

可选地，所述PVT法生产碳化硅单晶的步骤包括：

1)组装：装料的坩埚外依次套设所述热辐射反射装置，或装料的坩埚外依次套设保温结构、所述热辐射反射装置和真空隔离罩；

2)初除杂：将坩埚抽真空至压力不高于10^-6mbar，通入惰性气体至300mbar-500mbar，将所述抽真空和通入惰性气体步骤至少循环2次，控制坩埚内压力不低于10^-6mbar；

3)再除杂：将坩埚内温度升至800℃-1200℃，并将惰性气体通入坩埚内使气压升至500mbar-900mbar，保持至少6h；