[发明专利]晶体生长炉

说明书

技术领域

本发明涉及晶体生长领域，具体涉及一种用于碳化硅外延生长的晶体生长装置。

背景技术

碳化硅（SiC）是第三代宽禁带半导体材料，具有宽禁带、高击穿电压、高热导率、高电子饱和漂移速率、高电子迁移率、小介电常数、强抗辐射性、高化学稳定性等优点，是制造高温、高频、大功率、抗辐射、非挥发存储器件及光电集成器件的关键材料。碳化硅电力电子器件具有转换效率高、耐高温、抗辐射等特点，已经逐渐在电力转换、太阳能光伏、电动汽车、高效马达等领域取代硅器件，开始崭露头角。

碳化硅电力电子器件的性能，取决于碳化硅外延材料的质量。制备外延材料的碳化硅外延设备，需要在高温1600℃下稳定工作，通常都采用石墨毡来保温和隔热，但石墨毡在高温下会释放出杂质，是反应室内杂质的一个主要来源。因此，采用石墨毡的碳化硅外延设备都存在着反应室不够纯净，导致外延片的背景载流子浓度高的问题（一般在5í10¹⁵ cm^-3以上）。外延片中的杂质，对碳化硅器件的漏电等性能，会产生不良影响。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是设计一种不使用石墨毡的高温碳化硅晶体生长装置，既提高了系统的洁净度，降低外延片的背景载流子浓度，又能够满足碳化硅高温加热的需要，从而获得高质量的碳化硅外延片。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种晶体生长炉，包括反应室和加热装置，所述的反应室包括第一热壁和第二热壁，所述的第一热壁和第二热壁可拆卸连接，且所述的第一热壁和第二热壁围成晶体的反应空间，所述的第二热壁的材质为石墨，所述的加热装置配合第二热壁设置以对其进行加热；所述第一热壁的材质为高温耐热材料，所述高温耐热材料包括石英、刚玉和石墨。

进一步的，所述晶体生长炉还包括进气装置，所述的进气装置位于所述的反应空间内，包括进气通道和喷头，所述喷头的材质为石墨，所述进气通道的材质为石英；所述的加热装置的位置与喷头的位置对应以实现对喷头的加热。

作为一种优选的方案，所述喷头为喷淋头结构。

作为一种优选的方案，所述第一热壁的底端设有卡扣/卡口，所述的第二热壁的顶端配合设有卡口/卡扣。

作为一种优选的方案，所述进气通道和喷头可拆卸连接；具体的，所述的进气通道的底端设有卡扣/卡口，所述的喷头的顶端配合设有卡口/卡扣。

作为一种优选的方案，还包括冷却侧壁，所述的冷却侧壁形成一收容空间，所述的反应室位于该收容空间内，所述的加热装置为绕设于所述冷却侧壁的感应线圈；进一步的，所述的冷却侧壁为双层的水冷侧壁。

    相比于现有技术，本发明具有如下的优点：

1）反应室的保温、隔热不采用石墨毡，改用一种可拆卸式连接的第一热壁和第二热壁组合形成的热壁结构，消除了采用石墨毡来保温和隔热所造成的反应室杂质污染的问题，极大的降低了外延片的背景载流子浓度；并且，可拆卸式热壁，易于安装，更换方便；

2）进气装置包括可拆卸连接的进气通道和喷头，其中喷头设计为喷淋头结构，更换方便，并且可以根据实际生长需要，改变喷淋头孔径大小，调节气体到达衬底表面的流速，适用于不同外延生长；喷头采用材质为石墨，由于石墨良好的热导性，气体在扩散到样品表面前被预热，充分裂解，能够均匀扩散到样品表面；

3）所述晶体生长炉同时具有“热壁”和“冷壁”。“热壁”的加热作用，使反应室内温度升温保持在1650度高温，而反应室外壁为双层石英水冷侧壁，石英隔热性好，水冷能够将辐射到石英壁的热量带走，迅速使反应室外壁降温为室温，避免可能发生的高温伤害；

4）位于反应室上部的第一热壁和进气通道采用石英材质，由于石英隔热性好，可以阻挡下部石墨高温加热的热量，抑制生长炉上顶盖温度升高；而且石英的膨胀系数小，可以有效防止升温降温过程中的膨胀导致的开裂问题；石英易于清洁，能够保证高纯度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例的晶体生长炉的结构示意图；

图2a为图1中的晶体生长炉中的第二热壁的主视图；

图2b为图2a所示的第二热壁的俯视图；

图3a为图1所示的晶体生长炉中的喷头的主视图；