專利名稱：一種用曲面籽晶進(jìn)行物理氣相輸運(yùn)的晶體生長的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于人工晶體生長技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種人工晶體生長方法，具體涉及一種在難熔晶體的物理氣相輸運(yùn)法生長中，采用曲面籽晶進(jìn)行晶體生長的方法。

背景技術(shù)：
現(xiàn)有的人工晶體生長方法有兩大類，一類用籽晶從熔體中生長，如常見的硅、藍(lán)寶石等晶體的拉制；另一類為籽晶的氣相生長，包括利用氣相物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)生成物進(jìn)行的生長(即CVD)和利用結(jié)晶物質(zhì)的高溫升華物進(jìn)行的生長(即PVT)。PVT法是碳化硅、氮化硼等難熔晶體目前實際可用的生長方法，因為這些物質(zhì)只在高溫、高壓下才能形成熔體。例如，碳化硅在常壓2300℃左右、低壓2000℃以下即會升華，一般數(shù)據(jù)手冊所載其熔點(diǎn)2830±40℃是指3.5MPa的高壓狀態(tài)。因此，碳化硅不能像硅和藍(lán)寶石那樣用籽晶從熔體中生長。
由于氣體的無界行為，密閉的生長室內(nèi)壁容易隨機(jī)成核生長多晶體。為了避免這種多晶生長干擾目標(biāo)單晶體的生長，PVT法一般使用大面積單晶片(一般為圓片)作為籽晶，籽晶的生長表面為經(jīng)過研磨和拋光的平面，因而其生長速率較低，且籽晶中的結(jié)構(gòu)缺陷容易延續(xù)到生長晶體之中，并增生新的缺陷，是碳化硅晶體存在高密度微管缺陷的主要原因之一。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用曲面籽晶進(jìn)行PVT晶體生長的方法，將籽晶的生長表面設(shè)計加工成曲面，解決了現(xiàn)有方法中晶體生長速率低、缺陷密度高的問題。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，用曲面籽晶進(jìn)行PVT晶體生長的方法，其特點(diǎn)是將圓片籽晶的生長表面設(shè)計成曲面，并使晶面傾角θ為6°～10°。
本發(fā)明的方法采用曲面作為籽晶的生長表面，實現(xiàn)了多層并行生長，晶體的生長速度加快，而且，這種多層并行生長有助于抑制籽晶中缺陷的延續(xù)和晶體生長過程中缺陷的增生。



圖1是本方法使用的曲面籽晶在通用設(shè)備生長室中的位置示意圖； 圖2是籽晶的球形表面造型示意圖； 圖3是說明晶體生長機(jī)理的原理示意圖，其中，a是原子在(100)晶面的可選位置示意圖，b是宏觀曲面提供大量微觀生長臺階和位置A示意圖。
圖中，1.感應(yīng)線圈，2.保溫層，3.籽晶，4.SiC粉，5.石墨坩鍋，6.石英管。

具體實施例方式 下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明的方法采用通用的PVT法人工晶體生長設(shè)備和常規(guī)配置的密閉晶體生長室，如圖1所示，石英管6外圍布置感應(yīng)線圈1對石墨坩鍋5進(jìn)行高頻加熱，石墨坩鍋5外包覆保溫層2，石墨坩鍋5內(nèi)放置SiC粉4作為原料，將籽晶3放置在坩鍋內(nèi)頂部，生長面朝向原料SiC粉。
本發(fā)明方法中晶體的生長工藝與常規(guī)工藝相同，所不同的只是所用圓片籽晶的表面造型。
具體步驟如下 首先加工籽晶的曲面。
確定籽晶的生長面(Si面)傾角θ取值在6°～10°范圍內(nèi)，籽晶的直徑為d，按下面公式計算出籽晶生長表面的球面半徑RR＝d/(2Sinθ)，如圖2所示； 按上面計算所得的球面半徑R，加工磨盤和拋光盤的研磨面，磨盤和拋光盤的其他尺寸按所用研磨、拋光設(shè)備的相關(guān)尺寸確定； 將籽晶片用上述加工成型的磨盤在常規(guī)磨片機(jī)上粗磨成型； 將已成型籽晶表面用上述加工成型的的拋光盤在常規(guī)拋光機(jī)上拋光； 將成型并拋光后的籽晶片按常規(guī)方法清洗、脫水、烘干后，按圖1所示用常規(guī)方法粘貼到生長室中； 按常規(guī)方法進(jìn)行晶體生長。
本發(fā)明方法采用籽晶的生長表面為曲面的形式，其理論機(jī)理為 單晶體的氣相生長通常采取層狀生長模式。以簡立方晶格的(100)晶面為例，按照結(jié)晶學(xué)的完整光滑突變生長面模型，其生長界面上可有5種主要位置，如圖3a所示。其中，位置A和B屬于生長中的原子層，C、D、E屬于新生長層。位置A因為三面都有就位原子，是吸引力最大的位置。位置B的兩面已有就位原子，而位置C、D、E都只是一面有就位原子，因而B是吸引力次大的位置。于是，在晶體生長過程中，進(jìn)入新相的原子將首先占據(jù)像A這樣的位置，在完成了一列原子的排列之后，才會選擇位置B，在B的兩側(cè)各形成一個位置A，然后向兩端開始新一列原子的排列，直到一層長滿，才會選擇位置C開始新一層的生長。在使用平面造型籽晶的生長過程中，A這樣的位置只有1～2個。然而對球面造型，宏觀尺度的球面會造就大量圖a所示的微觀生長臺階AB和大量的低能位置A，如圖3b所示，因而生長速率較快。譬如在某相同生長條件下，使用平面籽晶的平均生長速率為0.078mm/h，而使用曲面籽晶的平均生長速率為0.119mm/h。同時，在這種情況下的多層并行生長也有助于抑制籽晶中缺陷的延續(xù)和晶體生長過程中缺陷的增生。
權(quán)利要求
1.一種用曲面籽晶進(jìn)行PVT晶體生長的方法，其特征在于，將圓片籽晶的生長表面設(shè)計成曲面，并使晶面傾角θ為6°～10°。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種用曲面籽晶進(jìn)行物理氣相輸運(yùn)的晶體生長的方法，其特點(diǎn)是將圓片籽晶的生長表面設(shè)計成曲面，并使晶面傾角θ為6°～10°。本發(fā)明的方法采用曲面作為籽晶的生長表面，實現(xiàn)了多層并行生長，晶體的生長速度加快，而且，這種多層并行生長有助于抑制籽晶中缺陷的延續(xù)和晶體生長過程中缺陷的增生。
文檔編號C30B29/36GK101255597SQ200710188600
公開日2008年9月3日 申請日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者陳治明 申請人:西安理工大學(xué)