[发明专利]一种用于第三代半导体晶体生长的TaC涂层坩埚及制备方法

说明书

本发明公开一种用于第三代半导体晶体生长的TaC涂层坩埚及制备方法，该TaC涂层坩埚包括基体和TaC涂层，基体为石墨坩埚，TaC涂层生长在石墨坩埚的表面；TaC涂层与基体为反应结合，界面结合强度在3～8MPa之间。TaC涂层与基体为反应结合，界面结合强度高，不易发生脱落；此外，在气象生长条件下，TaC涂层坩埚不易被腐蚀破坏，使用寿命长，制备的晶体不会由于坩埚被破坏而污染。该制备方法利用K₂TaF₇和金属Ta粉在熔盐介质中发生歧化反应而生成高活性金属原子，该高活性金属原子直接和基体发生反应形成预涂层，经高温处理后在基体表面形成TaC涂层。TaC涂层与基体为反应结合，有效解决了TaC涂层与基体热失配的问题。

技术领域

本发明涉及第三代半导体生产技术领域，尤其是一种用于第三代半导体晶体生长的TaC涂层坩埚及制备方法。

背景技术

作为经济发展的重要推动力，5G让半导体领域进入一个新起点，推动着第三代半导体的蓬勃发展。以SiC、 AlN、GaN为代表的第三代半导体具有禁带带隙宽、击穿场强高、热导电性能好、饱和电子漂移速度高等优异性能，具有高频高效、耐高温、耐高压等特性，是固态光源和电子电力，微波射频器件的“核芯”，在新一代5G通讯，新能源汽车，激光器，光伏发电，半导体照明等领域具有广阔的应用前景。第三代半导体的外延和单晶生长是在高温、含有腐蚀性气体(如H₂和NH₃)的环境中进行的，必须采用适合材质的坩埚来进行生长。传统的坩埚如石墨坩埚、SiC涂层坩埚和热解BN 坩埚因易参与反应而对晶体造成污染，在一些气象生长条件下，坩埚会被腐蚀破坏，使得坩埚的使用寿命缩短，制备的晶体质量下降，增加了成本。

发明内容

本发明提供一种用于第三代半导体晶体生长的TaC涂层坩埚及制备方法，用于克服现有技术中会对晶体造成污染，对坩埚造成破坏等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种用于第三代半导体晶体生长的 TaC涂层坩埚，所述TaC涂层坩埚包括基体和TaC涂层，所述基体为石墨坩埚，所述TaC涂层生长在所述石墨坩埚的表面；所述TaC涂层与基体为反应结合，界面结合强度在3～8MPa之间。

为实现上述目的，本发明还提出一种用于第三代半导体晶体生长的TaC涂层坩埚的制备方法，包括以下步骤：

S1：选取石墨坩埚为基体，并对石墨坩埚进行预处理；

S2：以钠盐和钾盐为熔盐介质，以K₂TaF₇和金属Ta粉为反应物，将熔盐介质和反应物混合，获得熔盐混合物；

将经过S1的石墨坩埚包埋进所述熔盐混合物中，进行熔盐反应，随炉冷却至室温，得到覆有预涂层的坩埚生坯；

S3：在真空或者惰性气氛下，对所述坩埚生坯进行烧结，随炉冷却至室温后，得到TaC涂层坩埚。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

1、本发明提供的用于第三代半导体晶体生长的TaC涂层坩埚包括基体和TaC涂层，基体为石墨坩埚，TaC涂层生长在石墨坩埚的表面； TaC涂层与基体为反应结合，界面结合强度在3～8MPa之间。由于本发明提供的TaC涂层坩埚其TaC涂层与基体为反应结合，界面结合强度高，不易发生脱落；此外，在气象生长条件下，TaC涂层坩埚不易被腐蚀破坏，使用寿命长，制备的晶体不会由于坩埚被破坏而污染。

2、本发明提供的用于第三代半导体晶体生长的TaC涂层坩埚的制备方法利用K₂TaF₇和金属Ta粉在熔盐介质中发生歧化反应而生成高活性金属原子，该高活性金属原子直接和基体发生反应形成预涂层，经高温处理后在基体表面形成TaC涂层。TaC涂层与基体为反应结合，有效解决了TaC涂层与基体热失配的问题。涂层化学稳定性好、不易剥落、结合强度高、致密性好。本发明提供的制备方法具有成本低、周期短、对工艺设备要求简单等优点，构件形状不受限制，可用于制备复杂形状构件。