一种偏轴衬底用SiC晶体的生长及高电学均匀性的N型SiC衬底的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种偏轴衬底用SiC晶体的生长及高电学均匀性的N型SiC衬底的制备方法。采用偏向SiC籽晶，利用非对称粘结籽晶的方式控制其小面生长的机制，通过气氛导流板获得比标准直径可增大20mmSiC单晶材料。进行非对称性的滚圆工作，获得无小面的SiC单晶材料。通过本方面的方法可获得低缺陷密度、电学偏差在3.5％以下的N型SiC单晶衬底材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种偏轴衬底用SiC晶体的生长以及低缺陷密度、高电学均匀性的N型SiC单晶衬底制备方法，属于晶体生长

技术介绍
碳化硅是第三代宽禁带半导体代表，具有禁带宽度大、迁移率高、热导率高等优良的电学热学特性，成为制作高频、大功率、耐高温和抗辐射器件的理想材料。在器件研制方面，碳化硅蓝光LED已经商业化；碳化硅功率器件的研发已成为新型功率半导体器件研究开发的主流；参见CN104246979A“SiC上的高电压半导体器件”。在高温半导体器件方面，利用碳化硅材料制作的碳化硅JFET和碳化硅器件可以在无任何领却散热系统下的600℃高温下正常工作。随着碳化硅半导体技术的进一步发展，碳化硅材料与器件的应用越来越广阔，在白光照明、汽车电子化、雷达通讯、石油钻井、航空航天、核反应堆系统及军事装备等领域起到至关重要的作用。在功率器件的研制中有需要朝<11-20>方向偏4°、电阻率低于0.03Ohm-cm SiC衬底材料，所述朝<11-20>方向偏4°SiC衬底的制备有两个途径：一是采用正向籽晶生长，滚圆和切割时矫正为4°衬底材料。该方法的缺陷是，在滚圆和切割时，会引起晶体厚度的损耗、切割难度较高；二是采用偏向的籽晶，直接生长为朝<11-20>方向偏4°SiC晶体；该方案的晶体生长有小面生长和台阶生长模式的交界，容易导致微管与位错密度的增加，且偏向生长会产生并促进滑移缺陷。同时，上述两种现有的4°SiC衬底的制备方法，在SiC晶体的表面都会出现小面(facet)。正向生长的晶体，小面(facet)出现在中心位置；而偏4°生长的晶体小面(facet)出现在晶体的边缘—小边位置。由于掺杂机制的不同，小面(facet)位置的电阻率偏低。一般小面位置和其他位置的电阻率偏差超过10％，这么大程度的电阻率偏差很难满足高性能功率器件的需要。
技术实现思路
针对以上现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种偏轴衬底用SiC晶体的生长方法，以及低缺陷密度、高电学均匀性N型SiC衬底的制备方法，可以降低其缺陷密度，并将电学偏差控制在3.5％以下。术语解释：籽晶大边：在{10-10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏轴衬底用SiC晶体的生长方法，包括步骤如下：(1)采用偏向的SiC衬底作为SiC晶体生长的籽晶，所述偏向的SiC衬底是指与SiC晶体<11‑20>方向偏角为2°～8°；(2)将所述籽晶采用非对称粘接方式粘在石墨坩埚上盖或者籽晶托上；(3)在籽晶小边一侧设置有气氛导流板，阻挡气氛向无籽晶区域流动，以辅助籽晶小边一侧的晶体扩径生长；所述气氛导流板与温场中心轴的夹角为20～70°；(4)将碳化硅源粉料置于坩埚底部，采用PVT法生长SiC晶体，包括：坩埚密封后放入生长室，生长室真空度控制在1×10‑6～1×10‑8mbar，以在碳化硅源粉料及籽晶间建立热梯度的方式加热坩埚，加热到碳化硅的升华温度以上50‑200℃，以氮气作为掺杂源，制得偏轴衬底用的N型SiC单晶。

【技术特征摘要】
1.一种偏轴衬底用SiC晶体的生长方法，包括步骤如下：(1)采用偏向的SiC衬底作为SiC晶体生长的籽晶，所述偏向的SiC衬底是指与SiC晶体<11-20>方向偏角为2°～8°；(2)将所述籽晶采用非对称粘接方式粘在石墨坩埚上盖或者籽晶托上；(3)在籽晶小边一侧设置有气氛导流板，阻挡气氛向无籽晶区域流动，以辅助籽晶小边一侧的晶体扩径生长；所述气氛导流板与温场中心轴的夹角为20～70°；(4)将碳化硅源粉料置于坩埚底部，采用PVT法生长SiC晶体，包括：坩埚密封后放入生长室，生长室真空度控制在1×10-6～1×10-8mbar，以在碳化硅源粉料及籽晶间建立热梯度的方式加热坩埚，加热到碳化硅的升华温度以上50-200℃，以氮气作为掺杂源，制得偏轴衬底用的N型SiC单晶。2.如权利要求1所述的偏轴衬底用SiC晶体的生长方法，其特征在于步骤(2)中，所述籽晶非对称粘接方式为：使籽晶小边中心位点与温场中心轴距离减小为(0～0.8)r，其中r是中心对称放置时的籽晶小边中心位点与温场中心轴距离距离。3.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭燕，徐现刚，陈秀芳，胡小波，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37