СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРУБЧАТОГО КРИСТАЛЛА КАРБИДА КРЕМНИЯ Российский патент 2002 года по МПК C30B23/00 C30B29/36 C30B29/66 

Изобретение относится к технологии электронного приборостроения, а именно к способам размерного профилирования кристаллов карбида кремния, и может быть использовано в микросистемной технике, оптоэлектронике и т.п.

Известен способ получения трубчатого кристалла полупроводника, основанный на сублимации, протекающей в кристаллизованной ячейке, состоящей из ростовой полости с профилирующим стержнем, соприкасающимся с затравкой, которая перекрывает ростовую полость. Источник пара при этом также располагается в ростовой полости (Маслов В.Н. Выращивание профильных полупроводниковых монокристаллов. - М.: Металлургия, 1977, - 328 с.).

Недостатком известного способа является низкое структурное совершенство растущего трубчатого кристалла вследствие прорастания дислокаций из подложки и переходной области "затравка-кристалл", а также образование и наследование дислокаций при взаимодействии растущего кристалла с поверхностью ростовой полости и профилирующего стержня.

Задачами изобретения являются повышение структурного совершенства трубчатого кристалла и универсальности способа.

Для решения данных задач предложен способ получения трубчатого кристалла карбида кремния, включающий сублимацию карбида кремния вдоль профилирующего стержня в ростовую полость, перекрытую затравочным монокристаллом, причем на начальной стадии процесса сублимацию осуществляют в полость, образованную стенкой ростовой полости и поверхностью конического наконечника профилирующего стержня, способного совершать движение относительно монокристаллической затравки, в том числе и в условиях электрического поля.

Согласно изобретению ростовая полость может быть заполнена жидкостью, а между затравочным кристаллом и наконечником инициируют электрический заряд.

Предлагаемое изобретение позволяет получить следующий технический результат:
1. Получать трубчатые монокристаллы с низкой плотностью дислокаций (N_D < 10⁴ см^-2).

2. Получать трубчатые монокристаллы с любой формой поперечного сечения внутренней полости.

3. Получать трубчатые монокристаллы с эксцентричной полостью.

4. Получать затравки трубчатой формы.

5. Получать трубчатые монокристаллы с внутренней винтовой нарезкой.

6. Получать трубчатые гетерополитипные структуры, в частности политипа 4Н на затравочном кристалле 6Н-SiC.

На фиг.1 представлен один из возможных вариантов реализации способа.

На фиг.1 и в тексте приняты следующие обозначения:
1 - затравочный кристалл;
2 - растущий трубчатый кристалл;
3 - ростовая (кристаллизационная) ячейка;
4 - источник пара SiC;
5 - профилирующий стержень.

Способ осуществляется следующим образом.

Ростовая (кристаллизационная) ячейка 3 с затравочным кристаллом 1 и источником пара SiC 4 помещается в градиент температуры (фиг.2). При этом профилирующий стержень с коническим наконечником 5 перемещают по оси кристаллизационной ячейки до соприкосновения с затравочным кристаллом. В результате кристаллизации во внутренней полости трубчатого кристалла формируются наклонные грани кристалла, повторяющие форму конуса наконечника профилирующего стержня. Это способствует тому, что прямолинейные и наклонные дислокации, прорастающие из затравочного кристалла, а также образующиеся в переходной области "затравка-трубчатый кристалл", выклиниваются на наклонные грани и исключаются из процесса наследования. Таким образом, возможно получение трубчатого кристалла 2 высокого структурного совершенства (с низкой плотностью дислокаций).

Пример 1.

Трубчатый монокристалл карбида кремния выращивался в графитовой кристаллизационной ячейке. Диаметр ростовой полости был равен d=5 мм. В качестве затравочного кристалла использовался пластинчатый монокристалл SiC политипа 6Н, предварительно травленный в расплаве КОН. Рост осуществлялся на грани (0001) С в атмосфере аргона. Температура роста составляла Т_р=2050^oС. В ростовую полость вводился цилиндрический профилирующий стержень из графита с коническим наконечником. Угол растра конуса составлял α = 90^°. Диаметр стержня составлял d_c= 3 мм. Скорость роста трубчатого кристалла составляла v_p≈0,5 мм/ч. Был выращен трубчатый монокристалл длиной L=5 мм. По данным рентгеновской топографии (метод Ланга) плотность дислокаций составляла N_D≈8•10² см^-2. По данным рентгеновской дифрактометрии выращенный монокристалл был 4Н-политипа.

Пример 2.

Ростовая полость диаметром d=6 мм кристаллизационной ячейки из графита, перекрытая с одной стороны затравочным монокристаллом 6Н-SiC, заполнялась керосином. Толщина затравки была h=5 мм, диаметр d₃=10 мм.

В ростовую полость вводился профилирующий стержень из меди с винтовой нарезкой МЗ и конусным наконечником с углом растра α = 120^°. Между профилирующим стержнем и затравкой прикладывалось напряжение U_xx=200В от RC-генератора для инициирования электрического разряда. Профилирующему стержню сообщалось вращательно-поступательное движение. В результате эксперимента был получен трубчатый монокристалл (затравка) с винтовой нарезкой внутри полости.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получать:
- трубчатые кристаллы карбида кремния с любой формой поперечного сечения внутренней полости, обладающих низкой плотностью дислокаций;
- трубчатые гетерополитипные структуры, в частности политипа 4Н на затравочном кристалле 6Н-SiC;
- монокристаллы трубчатой формы с внутренней винтовой нарезкой.

Изобретение относится к технологии электронного приборостроения, а именно к способам размерного профилирования кристаллов карбида кремния, и может быть использовано в микросистемной технике, оптоэлектронике и т.п. Сущность изобретения: предложен способ получения трубчатого кристалла карбида кремния, включающий сублимацию карбида кремния вдоль профилирующего стержня в ростовую полость, перекрытую затравочным монокристаллом, причем на начальной стадии процесса сублимацию осуществляют в полость, образованную стенкой ростовой полости и поверхностью конического наконечника профилирующего стержня, способного совершать движение относительно монокристаллической затравки, в том числе в условиях электрического поля. Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность получения: трубчатых монокристаллов с низкой плотностью дислокаций (N_D<10⁴ см^-2); трубчатых монокристаллов с любой формой поперечного сечения внутренней полости; трубчатых монокристаллов с эксцентричной полостью; затравки трубчатой формы; трубчатых монокристаллов с внутренней винтовой нарезкой; трубчатых гетерополитипных структур, в частности политипа 4Н на затравочном кристалле 6Н-SiC. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения трубчатого кристалла карбида кремния, включающий сублимацию карбида кремния вдоль профилирующего стержня в ростовую полость, перекрытую затравочным монокристаллом, причем на начальной стадии процесса сублимацию осуществляют в полость, образованную стенкой ростовой полости и поверхностью конического наконечника профилирующего стержня, способного совершать движение относительно монокристаллической затравки. 2. Способ по п. 1, согласно которому процесс осуществляют в условиях электрического поля. 3. Способ по п. 1, согласно которому ростовую полость заполняют жидкостью, а между затравочным кристаллом и наконечником инициируют электрический разряд.