專利名稱：一種用曲面籽晶進行物理氣相輸運的晶體生長的方法
技術領域：
本發明屬于人工晶體生長技術領域，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法生長中，采用曲面籽晶進行晶體生長的方法。
背景技術：
現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，包括利用氣相物質的化學反應生成物進行的生長(即CVD)和利用結晶物質的高溫升華物進行的生長(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，一般數據手冊所載其熔點2830±40℃是指3.5MPa的高壓狀態。因此，碳化硅不能像硅和藍寶石那樣用籽晶從熔體中生長。
由于氣體的無界行為，密閉的生長室內壁容易隨機成核生長多晶體。為了避免這種多晶生長干擾目標單晶體的生長，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過研磨和拋光的平面，因而其生長速率較低，且籽晶中的結構缺陷容易延續到生長晶體之中，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。
發明內容
本發明的目的是提供一種用曲面籽晶進行PVT晶體生長的方法，將籽晶的生長表面設計加工成曲面，解決了現有方法中晶體生長速率低、缺陷密度高的問題。
本發明所采用的技術方案是，用曲面籽晶進行PVT晶體生長的方法，其特點是將圓片籽晶的生長表面設計成曲面，并使晶面傾角θ為6°～10°。
本發明的方法采用曲面作為籽晶的生長表面，實現了多層并行生長，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 下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。
本發明的方法采用通用的PVT法人工晶體生長設備和常規配置的密閉晶體生長室，如圖1所示，石英管6外圍布置感應線圈1對石墨坩鍋5進行高頻加熱，石墨坩鍋5外包覆保溫層2，石墨坩鍋5內放置SiC粉4作為原料，將籽晶3放置在坩鍋內頂部，生長面朝向原料SiC粉。
本發明方法中晶體的生長工藝與常規工藝相同，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，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、拋光設備的相關尺寸確定； 將籽晶片用上述加工成型的磨盤在常規磨片機上粗磨成型； 將已成型籽晶表面用上述加工成型的的拋光盤在常規拋光機上拋光； 將成型并拋光后的籽晶片按常規方法清洗、脫水、烘干后，按圖1所示用常規方法粘貼到生長室中； 按常規方法進行晶體生長。
本發明方法采用籽晶的生長表面為曲面的形式，其理論機理為 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，按照結晶學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，進入新相的原子將首先占據像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和晶體生長過程中缺陷的增生。
權利要求
1.一種用曲面籽晶進行PVT晶體生長的方法，其特征在于，將圓片籽晶的生長表面設計成曲面，并使晶面傾角θ為6°～10°。
全文摘要
本發明公開的一種用曲面籽晶進行物理氣相輸運的晶體生長的方法，其特點是將圓片籽晶的生長表面設計成曲面，并使晶面傾角θ為6°～10°。本發明的方法采用曲面作為籽晶的生長表面，實現了多層并行生長，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 優先權日2007年12月13日
發明者陳治明 申請人:西安理工大學