專利名稱：一種化合物半導體單晶生長用bn和碳化硅復合結構坩堝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種化合物半導體單晶生長用BN/碳化硅復合坩堝，屬于化合物半導 體單晶生長技術領域。
背景技術：
化合物半導體如砷化鎵(GaAs)、磷化銦(MP)等，可制成微波IC、超高速電路等器 件，在微波通信、光通信、計算機、顯示裝置、消費類電子、傳感器等領域有著巨大的應用空 間?；衔锇雽w單晶是生產化合物半導體元器件的重要原料，通?？梢圆捎么怪辈祭锲?曼法(VB法)、垂直溫度梯度凝固法(VGF法)等方法制備得到，為了提高化合物半導體晶片 的有效利用率，生長更大尺寸的單晶一直是化合物半導體單晶生長重要的發(fā)展方向。為了 生長得到更大尺寸的化合物半導體單晶，就需要有能夠滿足高溫承載性能的更大尺寸的容 器承載化合物半導體熔體來進行單晶生長。熱解氮化硼(簡稱PBN)制成的坩堝作為晶體生長用的容器，由PBN制成的晶體生 長用容器，即使在進行化合物半導體單晶生長時的高溫下，也不會與原料化合物反應，同時 PBN坩堝純度高(99. 999% )，表面致密，耐高溫，熱膨脹系數(shù)小，熱導率高，且有著明顯的各 向異性，浸潤角大等優(yōu)點，尤其是對于砷化鎵(GaAS)和磷化銦αηΡ)單晶生長是不可缺少 的器具。熱解法制備的BN坩堝具有自身純度高，較高的高溫性能的優(yōu)點，但仍無法滿足更 大尺寸的容器所需的更高的高溫承載性能要求。重結晶碳化硅制品是一種將高純度碳化硅粗粉和高活性碳化硅微粉混合，經注漿 成型后在對501高溫下進行真空燒結使其再結晶而形成的高技術碳化硅材料。由于其材料 純度高(SiC ^ 99. 5% )無中間結合相，因此它具有優(yōu)良的高溫機械性能，重結晶碳化硅材 料適合作為窯具、窯爐配件在陶瓷、耐火材料、電瓷、電子等行業(yè)使用，它的最顯著的特點是 其尺寸穩(wěn)定性和高溫承載能力，并有良好的節(jié)能效果?？芍瞥晒靼簟⒖招牧?、棚板及異型件 等產品。RSIC材料也具有很好的抗氧化和抗侵蝕能力同時有很高的硬度和耐磨性，可以制 成結構部件在冶金、機械、化工及軍工領域應用。本發(fā)明針對這些問題，提出一個新的方法，采用具有高強度的外層重結晶碳化硅 陶瓷支撐體和熱解BN內層復合結構的坩堝，來實現(xiàn)解決提高高溫承載性能的更大尺寸的 化合物半導體單晶生長用容器的問題。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是為了提供一種具有更高高溫承載性能的更大尺寸的化合物半導 體單晶生長用BN/碳化硅復合結構坩堝，其中在重結晶碳化硅陶瓷支撐層可以提供更高的 高溫承載性能，而BN內層可以保證半導體化合物不受污染。同時這種坩堝在使用后由于熱 膨脹系數(shù)差異，可以容易的實現(xiàn)BN層和重結晶碳化硅陶瓷層的分離，其中在重結晶碳化硅 陶瓷支撐層內壁可以再次制備熱解BN內層，從而實現(xiàn)這種化合物半導體單晶生長用坩堝 的重復使用，從而降低使用成本。[0007]本發(fā)明涉及的一種化合物半導體單晶生長用BN/碳化硅復合結構坩堝，由外部重 結晶碳化硅陶瓷支撐層和內部與化合物半導體接觸的熱解BN內層構成，圖1為本發(fā)明的實 施方式中所涉及的半導體單晶生長用坩堝的截面圖，坩堝形狀為下部圓柱形籽晶槽、與其 上相連接的逐漸擴大的過渡部位和上部的晶體生長部位三部分構成，坩堝外部重結晶碳化 硅陶瓷支撐層的厚度范圍為10mm-35mm，坩堝內部與化合物半導體接觸的熱解BN內層的厚 度范圍為5 μ m-3mm0這種坩堝適用于垂直布里奇曼法(VB法)和垂直溫度梯度凝固法(VGF法)生長 化合物半導體單晶，特別是在惰性氣體中用化03覆蓋熔體表面從而防止As揮發(fā)的同時進行 晶體生長的方式。這種坩堝優(yōu)點在于1、由外部重結晶碳化硅陶瓷支撐層擔負坩堝內化合 物半導體原料的支撐作用，熱解BN層僅起到保護化合物半導體原料不受污染作用，因此熱 解BN層厚度可以小于Imm ;2、重結晶碳化硅陶瓷支撐層有高的強度，可以得到尺寸更大的 化合物半導體生長用坩堝；3、使用后可以容易的實現(xiàn)熱解BN層和重結晶碳化硅陶瓷支撐 層的分離，在重結晶碳化硅陶瓷支撐層內壁可以再次制備熱解BN內層，從而實現(xiàn)這種化合 物半導體單晶生長用坩堝的重復使用，從而降低使用成本。

圖IBN/碳化硅坩堝1、熱解BN層，2、重結晶碳化硅陶瓷層
具體實施方式
具體實施方式
一坩堝尺寸最大直徑155mm，高度200mm。加工壁厚為25mm的重結晶碳化硅陶瓷外層(如圖1中的2)。將摩爾比為1 3的三氯化硼和高純氨氣引入已加熱的爐反應器，反應腔的真空 度為133Pa，反應溫度2000°C，在加工得到的重結晶碳化硅陶瓷外層的內壁上沉積IOOmm厚 的熱解BN層(如圖1中的1)。制備的熱解BN/碳化硅復合坩堝質量較好，單晶生長良好，使用后BN層可剝離，重 結晶碳化硅陶瓷外層和重復使用。
具體實施方式
二 坩堝尺寸最大直徑105mm，高度200mm。加工壁厚為IOmm的重結晶碳化硅陶瓷外層(如圖1中的2)。將摩爾比為1 3的三氯化硼和高純氨氣引入已加熱的爐反應器，反應腔的真空 度為133Pa，反應溫度2000%，在加工得到的重結晶碳化硅陶瓷外層的內壁上沉積500mm厚 的熱解BN層(如圖1中的1)。制備的熱解BN/碳化硅復合坩堝質量較好，單晶生長良好， 使用后BN層可剝離，碳化硅外層和重復使用。
權利要求1. 一種化合物半導體單晶生長用復合坩堝，其特征在于，所述的坩堝由外部重結晶碳 化硅支撐層和內部與化合物半導體接觸的熱解BN內層構成，重結晶碳化硅支撐層的厚度 范圍為10mm-35mm，熱解BN內層的厚度范圍為5 μ m-3mm。
專利摘要本實用新型涉及一種化合物半導體單晶生長用BN/碳化硅復合坩堝。本實用新型的BN/碳化硅復合坩堝，其特征在于所述的坩堝由外部重結晶碳化硅支撐層和內部與化合物半導體接觸的熱解BN內層構成，重結晶碳化硅支撐層的厚度范圍為10mm-35mm，熱解BN內層的厚度范圍為5μm-3mm。這種坩堝的優(yōu)點在于1、熱解BN層薄，厚度可以小于1mm，制備成本較低；2、重結晶碳化硅支撐層強度高可以獲得更大尺寸坩堝；3、使用后可以容易的實現(xiàn)熱解BN層和重結晶碳化硅陶瓷支撐層的分離，在重結晶碳化硅陶瓷支撐層內壁可以再次制備熱解BN內層，從而實現(xiàn)這種化合物半導體單晶生長用坩堝的重復使用，從而降低使用成本。
文檔編號C30B29/40GK201883177SQ20102027736
公開日2011年6月29日 申請日期2010年8月2日 優(yōu)先權日2010年8月2日
發(fā)明者何軍舫, 劉艷改, 房明浩, 黃朝暉 申請人:北京博宇半導體工藝器皿技術有限公司