[发明专利]一种碳化硅单晶的生长方法

说明书

一种碳化硅单晶的生长方法，包括如下步骤：在晶体生长过程中，将碳化硅籽晶与石墨坩埚中的熔融Si合金溶液上表面接触并不断提拉；同时，从石墨坩埚中溶解C形成富C溶液，从而形成稳定的C的供应，以实现碳化硅单晶的液相外延生长；其中，所述熔融Si合金溶液为Si、Cr、Al、X的熔融溶液，其中X为Yb、Pr或者Ce；所述石墨坩埚为底部配有石墨旋桨且顶部内侧镀有光滑的钨薄层的石墨坩埚。本发明的方法简单，易于操作，且生长过程的温度低。较低的生长温度也对应于更加经济的能源消耗。同时，通过本发明的方法制得的碳化硅单晶表面光亮、无附着物、晶体质量高。

技术领域

本发明属于材料领域。具体地，本发明涉及一种碳化硅单晶的生长方法，特别是涉及一种碳化硅单晶顶部籽晶液相生长方法。

背景技术

碳化硅是受到广泛关注的宽带隙半导体材料之一，具有密度低、禁带宽度大、击穿场强高、热稳定性和化学稳定性好、频率响应特性优良等优点，是制作高频、高压、大功率器件和蓝光发光二极管的理想衬底材料。

碳化硅目前的主要生长方法是物理气相传输法，虽然该方法较为成熟，目前能为市场供应大量碳化硅单晶衬底，但由于生长环境不稳定性，其晶体中还存在着例如微管，包裹等缺陷，在扩径、P型晶体生长方面难以实现等问题。与之对比，液相法生长所需生长温度低，生长环境相对平稳，且在P型晶体与扩径等方面具有良好前景。

碳化硅液相生长过程中，需要在顶部籽晶处与坩埚底部形成温差，在坩埚底(温度较高处)进行溶质的溶解，并在籽晶处(温度较低处)进行晶体的析出。Si合金溶液对于溶质(碳化硅或者C)的溶解速度限制了液相法生长碳化硅的速度。

在实际生长中，对于籽晶与坩埚底部的温度的调整往往希望能产生大的温度梯度以提高生长速度。但是由于溶体流动性，以及温场分布，溶碳能力等条件的限制，在较高温度梯度生长过程中经常发生自发成核。这些自发成核会大量消耗Si合金溶液中C，产生的自发核也会生长到晶体中去，严重的破坏生长晶体的质量。同时生长过程中伴随的晶型转变，Si合金溶液包裹，生长晶面不稳定等问题也一直限制着液相法生长碳化硅的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单、易于操作、生长过程的温度低，且制得的碳化硅单晶质量高的方法。

本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的。

在本发明的上下文中，术语“缩径结构”可以是指石墨坩埚的内部的顶部直径小、底部直径大，同时石墨坩埚的外部的直径从底部到顶部没有变化而是类似圆柱的结构；也可以是指石墨坩埚的内部和外部二者都是顶部直径小、底部直径大的类似锥形的结构。

本发明提供一种碳化硅单晶的生长方法，包括如下步骤：

在晶体生长过程中，将碳化硅籽晶与石墨坩埚中的熔融Si合金溶液上表面接触并不断提拉；同时，从石墨坩埚中溶解C形成富C溶液，从而形成稳定的C的供应，以实现碳化硅单晶的液相外延生长；其中，

所述熔融Si合金溶液为Si、Cr、Al、X的熔融溶液，其中，X为Yb、Pr或者Ce；

所述石墨坩埚为底部配有石墨旋桨且顶部内侧镀有光滑的钨薄层的石墨坩埚。

优选地，在本发明所述的方法中，所述石墨坩埚为缩径结构的石墨坩埚。

优选地，在本发明所述的方法中，在晶体生长过程中，控制石墨坩埚底部温度高于顶部籽晶处的温度。

优选地，在本发明所述的方法中，所述提拉是在如下条件下进行的：提拉速度为0.05mm/h-1mm/h，且碳化硅籽晶与石墨坩埚中的熔融Si合金溶液上表面始终接触并没有分离。