专利名称：一种化合物半导体单晶生长用bn和碳化硅复合结构坩埚的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种化合物半导体单晶生长用BN/碳化硅复合坩埚，属于化合物半导 体单晶生长技术领域。
背景技术：
化合物半导体如砷化镓(GaAs)、磷化铟(MP)等，可制成微波IC、超高速电路等器 件，在微波通信、光通信、计算机、显示装置、消费类电子、传感器等领域有着巨大的应用空 间。化合物半导体单晶是生产化合物半导体元器件的重要原料，通常可以采用垂直布里奇 曼法(VB法)、垂直温度梯度凝固法(VGF法)等方法制备得到，为了提高化合物半导体晶片 的有效利用率，生长更大尺寸的单晶一直是化合物半导体单晶生长重要的发展方向。为了 生长得到更大尺寸的化合物半导体单晶，就需要有能够满足高温承载性能的更大尺寸的容 器承载化合物半导体熔体来进行单晶生长。热解氮化硼(简称PBN)制成的坩埚作为晶体生长用的容器，由PBN制成的晶体生 长用容器，即使在进行化合物半导体单晶生长时的高温下，也不会与原料化合物反应，同时 PBN坩埚纯度高(99. 999% )，表面致密，耐高温，热膨胀系数小，热导率高，且有着明显的各 向异性，浸润角大等优点，尤其是对于砷化镓(GaAS)和磷化铟αηΡ)单晶生长是不可缺少 的器具。热解法制备的BN坩埚具有自身纯度高，较高的高温性能的优点，但仍无法满足更 大尺寸的容器所需的更高的高温承载性能要求。重结晶碳化硅制品是一种将高纯度碳化硅粗粉和高活性碳化硅微粉混合，经注浆 成型后在对501高温下进行真空烧结使其再结晶而形成的高技术碳化硅材料。由于其材料 纯度高(SiC ^ 99. 5% )无中间结合相，因此它具有优良的高温机械性能，重结晶碳化硅材 料适合作为窑具、窑炉配件在陶瓷、耐火材料、电瓷、电子等行业使用，它的最显著的特点是 其尺寸稳定性和高温承载能力，并有良好的节能效果。可制成棍棒、空心梁、棚板及异型件 等产品。RSIC材料也具有很好的抗氧化和抗侵蚀能力同时有很高的硬度和耐磨性，可以制 成结构部件在冶金、机械、化工及军工领域应用。本发明针对这些问题，提出一个新的方法，采用具有高强度的外层重结晶碳化硅 陶瓷支撑体和热解BN内层复合结构的坩埚，来实现解决提高高温承载性能的更大尺寸的 化合物半导体单晶生长用容器的问题。
发明内容本发明的目的是为了提供一种具有更高高温承载性能的更大尺寸的化合物半导 体单晶生长用BN/碳化硅复合结构坩埚，其中在重结晶碳化硅陶瓷支撑层可以提供更高的 高温承载性能，而BN内层可以保证半导体化合物不受污染。同时这种坩埚在使用后由于热 膨胀系数差异，可以容易的实现BN层和重结晶碳化硅陶瓷层的分离，其中在重结晶碳化硅 陶瓷支撑层内壁可以再次制备热解BN内层，从而实现这种化合物半导体单晶生长用坩埚 的重复使用，从而降低使用成本。[0007]本发明涉及的一种化合物半导体单晶生长用BN/碳化硅复合结构坩埚，由外部重 结晶碳化硅陶瓷支撑层和内部与化合物半导体接触的热解BN内层构成，图1为本发明的实 施方式中所涉及的半导体单晶生长用坩埚的截面图，坩埚形状为下部圆柱形籽晶槽、与其 上相连接的逐渐扩大的过渡部位和上部的晶体生长部位三部分构成，坩埚外部重结晶碳化 硅陶瓷支撑层的厚度范围为10mm-35mm，坩埚内部与化合物半导体接触的热解BN内层的厚 度范围为5 μ m-3mm0这种坩埚适用于垂直布里奇曼法(VB法)和垂直温度梯度凝固法(VGF法)生长 化合物半导体单晶，特别是在惰性气体中用化03覆盖熔体表面从而防止As挥发的同时进行 晶体生长的方式。这种坩埚优点在于1、由外部重结晶碳化硅陶瓷支撑层担负坩埚内化合 物半导体原料的支撑作用，热解BN层仅起到保护化合物半导体原料不受污染作用，因此热 解BN层厚度可以小于Imm ;2、重结晶碳化硅陶瓷支撑层有高的强度，可以得到尺寸更大的 化合物半导体生长用坩埚；3、使用后可以容易的实现热解BN层和重结晶碳化硅陶瓷支撑 层的分离，在重结晶碳化硅陶瓷支撑层内壁可以再次制备热解BN内层，从而实现这种化合 物半导体单晶生长用坩埚的重复使用，从而降低使用成本。
图IBN/碳化硅坩埚1、热解BN层，2、重结晶碳化硅陶瓷层
具体实施方式
具体实施方式
一坩埚尺寸最大直径155mm，高度200mm。加工壁厚为25mm的重结晶碳化硅陶瓷外层(如图1中的2)。将摩尔比为1 3的三氯化硼和高纯氨气引入已加热的炉反应器，反应腔的真空 度为133Pa，反应温度2000°C，在加工得到的重结晶碳化硅陶瓷外层的内壁上沉积IOOmm厚 的热解BN层(如图1中的1)。制备的热解BN/碳化硅复合坩埚质量较好，单晶生长良好，使用后BN层可剥离，重 结晶碳化硅陶瓷外层和重复使用。
具体实施方式
二 坩埚尺寸最大直径105mm，高度200mm。加工壁厚为IOmm的重结晶碳化硅陶瓷外层(如图1中的2)。将摩尔比为1 3的三氯化硼和高纯氨气引入已加热的炉反应器，反应腔的真空 度为133Pa，反应温度2000%，在加工得到的重结晶碳化硅陶瓷外层的内壁上沉积500mm厚 的热解BN层(如图1中的1)。制备的热解BN/碳化硅复合坩埚质量较好，单晶生长良好， 使用后BN层可剥离，碳化硅外层和重复使用。
权利要求1. 一种化合物半导体单晶生长用复合坩埚，其特征在于，所述的坩埚由外部重结晶碳 化硅支撑层和内部与化合物半导体接触的热解BN内层构成，重结晶碳化硅支撑层的厚度 范围为10mm-35mm，热解BN内层的厚度范围为5 μ m-3mm。
专利摘要本实用新型涉及一种化合物半导体单晶生长用BN/碳化硅复合坩埚。本实用新型的BN/碳化硅复合坩埚，其特征在于所述的坩埚由外部重结晶碳化硅支撑层和内部与化合物半导体接触的热解BN内层构成，重结晶碳化硅支撑层的厚度范围为10mm-35mm，热解BN内层的厚度范围为5μm-3mm。这种坩埚的优点在于1、热解BN层薄，厚度可以小于1mm，制备成本较低；2、重结晶碳化硅支撑层强度高可以获得更大尺寸坩埚；3、使用后可以容易的实现热解BN层和重结晶碳化硅陶瓷支撑层的分离，在重结晶碳化硅陶瓷支撑层内壁可以再次制备热解BN内层，从而实现这种化合物半导体单晶生长用坩埚的重复使用，从而降低使用成本。
文档编号C30B29/40GK201883177SQ20102027736
公开日2011年6月29日 申请日期2010年8月2日 优先权日2010年8月2日
发明者何军舫, 刘艳改, 房明浩, 黄朝晖 申请人:北京博宇半导体工艺器皿技术有限公司