[发明专利]一种分阶段实时调控SiC晶体生长界面温度和温度梯度的方法

说明书

本发明涉及一种分阶段实时调控SiC晶体生长界面温度和温度梯度的方法，采用物理气相传输方法在装有晶体生长原料和籽晶的坩埚内生长碳化硅单晶，晶体生长过程中分阶段上移坩埚位置，在第一生长阶段，生长时长为t₁，保持坩埚位置不变，在第i生长阶段，生长时长t_i=i×t₁，且坩埚平均上移速率V_i＜前一生长阶段坩埚平均上移速率V_i‑1。

技术领域

本发明属于碳化硅材料领域，具体涉及一种基于物理气相传输法实时调控碳化硅晶体生长界面温度和温度梯度的方法。

背景技术

碳化硅(SiC)单晶材料具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和漂移速率大、临界击穿电场高、介电常数低、化学稳定性好等优点，被认为是制造光电子器件、高频大功率器件、电力电子器件理想的半导体材料，在白光照明、光存储、屏幕显示、航天航空、高温辐射环境、石油勘探、自动化、雷达与通信、汽车电子化等方面有广泛应用。

目前生长SiC晶体最有效的方法是物理气相传输(PVT)法，首先在石墨坩埚的底部和顶部分别装入高纯原料和籽晶，在坩埚外部采用保温毡裹绕，然后在合适的温度(2000～2400℃)和压强下(5～40Torr)通过气相挥发生长碳化硅晶体，在生长SiC晶体过程中，石墨坩埚位置通常是不变的，随着生长时间的延长晶体厚度随之增加，晶体生长界面逐渐向高温区递进，导致晶体生长速率前后不一致。通过碳化硅晶体生长过程模拟软件(STR软件)模拟，发现在晶体生长过程中如果坩埚位置不变，随着生长过程的进行(即生长时间增加)晶体厚度逐渐增加，晶体生长界面的温度和温度梯度分别逐渐增加和减小(如图2中L0曲线所示)。碳化硅单一多型(如4H)的温度区间范围比较窄，一旦晶体生长界面温度增加到超过其单一多型的温度范围，就会导致4H、6H和15R等多型夹杂并且产生缺陷；另外，晶体生长界面处温度梯度也是影响晶体质量的重要因素，温度梯度减小后会导致原料挥发不充分，从而在生长界面产生多型夹杂和形成缺陷，其中半绝缘碳化硅晶体的单一多型对于温度和温度梯度更为敏感，因此，如何在晶体生长过程中实时调控生长界面处的温度和温度梯度对于制备单一多型高质量的碳化硅晶体至关重要。

尽管研究人员通过测温孔调节电流或功率可以实现晶体生长界面温度的调节，但该措施无法调控生长界面处的温度梯度。模拟结果表明在晶体生长过程中通过移动坩埚位置可以同步实现调节晶体生长界面的温度和温度梯度。然而，随着晶体厚度的增加，晶体生长界面温度和温度梯度的变化幅度完全不一样，比如温度梯度在生长前期下降较快，在生长后期则下降较慢，如果通过单一速率升高坩埚位置就无法精准的调控晶体生长界面的温度和温度梯度，尤其晶体生长后期坩埚位置上升速率过快容易扰动晶体生长界面，这同样不利于高质量碳化硅晶体的制备。

发明内容

针对上述PVT法SiC晶体生长过程中晶体生长界面温度和温度梯度分别逐渐增加和减小，导致晶体生长速率的不断变化，从而影响制备的晶体的质量问题。本发明的目的在于提供一种分阶段实时同步调控碳化硅晶体生长过程中生长界面温度和温度梯度的方法。

在此，本发明提供一种分阶段实时调控碳化硅晶体生长过程中生长界面温度和温度梯度的方法，

采用物理气相传输方法在装有晶体生长原料和籽晶的坩埚内生长碳化硅单晶，晶体生长过程中分阶段上移坩埚位置，

在第一生长阶段，生长时长为t₁，保持坩埚位置不变，

在第i生长阶段，生长时长t_i＝i×t₁，且坩埚平均上移速率V_i<前一生长阶段坩埚平均上移速率V_i-1。