[实用新型]一种碳化硅单晶生长用坩埚与装置

说明书

本申请公开了一种碳化硅单晶生长用坩埚与装置。所述坩埚包括侧壁、底部和由所述侧壁和底部围成的内腔，所述内腔用于物理气相传输法生长碳化硅单晶，所述侧壁的至少部分设为透气性石墨材料，所述透气性石墨材料用于向所述碳化硅单晶处渗透氮气。本申请坩埚及装置在调节或提高大尺寸N型碳化硅单晶掺氮量的分布均匀性、电阻率的分布均匀性以及调节或提高碳化硅单晶品质等方面具有重要应用价值。

技术领域

本实用新型涉及一种碳化硅单晶生长用坩埚与装置。

背景技术

碳化硅是继硅和砷化镓之后的第三代宽禁带半导体材料的典型代表，其具有禁带宽度大、饱和电子漂移速率高、击穿场强大以及热导率高等优异的物理性能，因而被广泛应用于电力电子、射频器件、光电子器件等领域。高质量碳化硅晶体是半导体和信息产业发展的基石，其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。特别地，对于导电型掺氮碳化硅的生长更是如此，其电阻率的均匀性一直是目前亟待解决的问题。

目前，常用的方法是在通入惰性气体的时候引入氮气，用氮原子取代晶格上的碳原子，通过引入一个自由电子来降低电阻率。采用PVT法促使晶体长大时不可避免的需有测温孔散热，这导致坩埚内形成轴向温度梯度和径向温度梯度。研究表明，晶体内的掺氮量受到温度高低的影响，温度较高时掺氮量降低使得电阻率升高。晶体长晶面上的径向温度梯度使得在同样的生长条件下，边缘掺氮量低，中心掺氮量高，从而出现边缘电阻率高中心电阻率低的分布特点。因此，PVT这种长晶方法必然会导致电阻率的不均匀性。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种碳化硅单晶生长用坩埚与装置。所述坩埚及装置可以通过石墨壁向坩埚内腔渗透气体如氮气，调节碳化硅晶体在径向和/或轴向上的氮分布和/或电阻率分布，可用于提高碳化硅晶体在径向和/或轴向上的氮分布的均匀性和/或在径向和/或轴向上的电阻率分布的均匀性。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

一方面，本实用新型提供一种碳化硅单晶生长用坩埚，包括侧壁、底部和由所述侧壁和底部围成的内腔，所述内腔用于物理气相传输法生长碳化硅单晶，所述侧壁的至少部分设为透气性石墨材料，所述透气性石墨材料用于向所述碳化硅单晶处渗透氮气。

与直接在所述碳化硅单晶处通入氮气相比，该坩埚使用透气性石墨材料向所述碳化硅单晶处渗透氮气，可以提高氮气供给的均匀性，减少氮气流动带来的氮气分布的不均匀，并通过调整透气性石墨材料的设置位置和形状控制氮气扩散的起始位置和方向，另外透气性石墨材料还具有分隔作用，使氮气与内腔中的惰性气体各自发挥各自的不同作用，且能够始终保持内腔中靠近所述透气性石墨材料位置处的氮气浓度高于内腔中远离所述透气性石墨材料位置处的氮气浓度。

在上述坩埚中，所述内腔用于物理气相传输法生长碳化硅单晶，所述侧壁中设环绕所述坩埚内腔的通道，

所述通道靠近所述内腔一侧的所述侧壁材质为第一石墨材料，所述第一石墨材料为所述透气性石墨材料，所述通道远离所述内腔一侧的所述侧壁材质为第二石墨材料，

所述第一石墨材料的气体渗透能力高于所述第二石墨材料。

在上述坩埚中，所述第一石墨材料的密度小于所述第二石墨材料的密度；

优选的，所述第一石墨材料的密度小于所述第二石墨材料的密度0.05-1.0g/cm³，更优选，0.1-0.8g/cm³，更优选，0.2-0.4g/cm³，更优选，0.3g/cm³；