Устройство для получения эпитаксиальных слоев нитрида алюминия на карбидокремниевой подложке

Полезная модель относится к устройствам для получения пленок полупроводниковых материалов и предназначено, в частности, для производства оптоэлектронных полупроводниковых приборов, работающих в коротковолновой области спектра излучения при высокой температуре и в агрессивных средах. Отличительные особенности устройства заключены в том, что ростовые тигли изготовлены из AlN, что позволяет вообще не использовать засыпку для эпитаксии, так как материал тигля сам является источником паров AlN для эпитаксии. При этом ростовые тигли, в которых производится эпитаксия AlN на подложку из карбида кремния SiC, изготавливают путем спекания при высокой температуре в среде азота спрессованного порошкообразного AlN высокой чистоты. Расстояние порядка 2÷3 мм между крышкой и дном тигля с установленными на нем подложками SiC позволяет создать равномерное распределение температуры от края тигля к его центру, а также малый градиент концентрации паров AlN в объеме тигля, что улучшает структуру получаемых слоев. Технологический режим проводится в обратном градиенте температур, т.е температура дна тигля преобладает над температурой крышки, что позволяет не крепить подложки на крышке, а просто уложить их на дно тигля. Данный способ позволяет использовать для проведения процесса эпитаксии одновременно до 10 тиглей с большим (до 20÷30) количеством карбидокремниевых подложек, что увеличивает выход готовой продукции за один технологический цикл. При этом ростовые тигли устанавливают соосно, образуя набор из ростовых и компенсационных тиглей, причем выточка на дне одного тигля входит в горловину размещенного под ним тигля, т.е дно одного тигля является одновременно крышкой другого тигля. Тем самым обеспечивается уплотнение, препятствующее утечке паров AlN из тигля. Набор тиглей, в свою очередь, устанавливают в графитовый контейнер, причем компенсационные тигли, выполненные также из графита, засыпаны гранулами из AlN. Назначение компенсационных тиглей - восполнение утечки паров, образуемой между корпусом и крышкой ростовых тиглей. При этом создаваемые в компенсационных тиглях пары AlN сосредотачиваются в зазоре между тиглями и контейнером и проникают в полость ростовых тиглей, компенсируя возможное снижение концентрации паров внутри тигля. Компенсационные тигли по размерам выше ростовых.

Полезная модель относится к устройствам для получения пленок полупроводниковых материалов и предназначено, в частности, для производства оптоэлектронных полупроводниковых приборов, работающих в коротковолновой области спектра излучения при высокой температуре и в агрессивных средах.

Известен ростовый тигель для эпитаксии слоев карбида кремния по патенту RU 2324019, который по своим конструктивным признакам можно выбрать в качестве прототипа. Тигель состоит из графитового корпуса, закрываемый крышкой. Крышка снабжена пьедесталом, на котором закреплена затравка монокристалла (подложка). В корпусе тигля находится засыпка - источник паров карбида кремния (SiC).

Недостатками тигля являются:

- подложку, на которой получают эпитаксиальные слои, необходимо крепить на крышке тигля;

- невозможность одновременного проведения эпитаксии на большом количестве подложек;

- низкий выход эпитаксиальных слоев с совершенной структурой;

- большой разброс электрофизических параметров получаемых слоев;

- трудность обеспечения герметизации тигля в реальных ростовых процессах и связанное с этим утечка паров источника через щели между крышкой тигля и его стенками.

Техническая задача, решаемая с помощью предлагаемой полезной модели, заключается в увеличении количества подложек с эпитаксиальным слоем нитрида алюминия (AlN), получаемых за один технологический цикл и улучшение структуры формируемых слоев.

Для реализации поставленной решаются задачи:

- ростовые тигли изготавливаются из AlN путем спекания спрессованного порошкообразного AlN высокой чистоты в среде азота при заданной температуре, что позволяет вообще не использовать засыпку для эпитаксии, так как материал тигля сам является источником паров AlN для эпитаксии;

- расстояние порядка 2÷3 мм между крышкой и дном тигля с установленными на нем подложками SiC позволяет создать равномерное распределение температуры от края тигля к его центру, а также малый градиент концентрации паров AlN в объеме тигля, что улучшает структуру получаемых слоев;

- технологический режим проводится в обратном градиенте температур, т.е. температура дна тигля преобладает над температурой крышки, что позволяет не крепить подложки на крышке, а просто уложить их на дно тигля;

- данный способ позволяет использовать для проведения процесса эпитаксии одновременно до 10 тиглей с большим (до 20÷30) количеством карбидокремниевых подложек, полученных методом Лели, что увеличивает выход готовой продукции за один технологический цикл;

- тигли устанавливают соосно, образуя набор из ростовых и компенсационных тиглей, причем выточка на дне одного тигля входит в горловину размещенного под ним тигля, т.е дно одного тигля является одновременно крышкой другого тигля, обеспечивая тем самым уплотнение, препятствующее утечке паров AlN;

- набор тиглей устанавливают в графитовый контейнер, причем компенсационные тигли, выполненные из графита, по размерам выше ростовых;

- для восполнения утечки паров источника, происходящего между корпусом и крышкой ростовых тиглей, компенсационные тигли засыпаны гранулами из AlN и возникающие пары AlN сосредотачиваются в зазоре между тиглями и контейнером и проникают в полость ростовых тиглей, компенсируя возможное снижение концентрации паров внутри них.

Конструкция устройства приведено на фигуре.

В корпусе 1 контейнера соосно установлен набор из ростовых 2 и компенсационных 3 тиглей. Между набором тиглей и контейнером предусмотрен зазор 4. Контейнер снабжен крышкой 5. Дно каждого тигля снабжено выточкой 6, которое плотно входит в горловину 7 стыкуемого с ним тигля, т.е сопрягаемы. На дне ростовых тиглей установлены SiC подложки 8, а в компенсационные тигли засыпаны гранулы 9 нитрида алюминия.

Устройство работает следующим образом:

На дне каждого ростового тигля 2 устанавливают несколько SiC подложек 8 а в компенсационные тигли 3 засыпают гранулы 9 нитрида алюминия. После этого ростовые и компенсационные тигли собирают в набор так, чтобы выточка 6 на дне одного тигля входила в горловину 7 стыкуемого с ним тигля. После этого набор устанавливают в графитовый контейнер 1, закрывают крышкой 5, помещают в вакуумную камеру и производят выращивание кристалла в газовой среде, создав в ней необходимые условия для роста AlN. После выращивания монокристалла контейнер извлекают из вакуумной камеры, открывают крышку 5, разбирают тигли и снимают подложки с выращенным монокристаллическим слоем. Далее полученные кристаллы калибруются, нарезаются на пластины и механически полируются.

1. Устройство для получения эпитаксиальных слоев нитрида алюминия на карбидокремниевой подложке, включающее тигель, карбидокремниевую подложку, гранулы нитрида алюминия, отличающееся тем, что тигли установлены друг на друге и составляют набор, который помещен с зазором внутри графитового контейнера с крышкой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в состав набора входят ростовые тигли, изготовленные из нитрида алюминия и компенсационные тигли из графита, причем компенсационные тигли заполнены гранулами нитрида алюминия, а на дне ростовых тиглей установлены карбидокремниевые подложки.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что донья тиглей выполнены с выточками, сопрягаемыми с их горловинами.