一种快速有选择性的降低SiC晶体中微管和位错密度的方法技术

本发明专利技术涉及一种快速有选择性的降低SiC晶体中微管和位错密度的方法，本发明专利技术利用微管密度

A fast and selective method to reduce microtubule and dislocation density in SiC crystals

The invention relates to a fast and selective method for reducing the density of microtubes and dislocations in SiC crystals. The method utilizes the density of microtubes.

【技术实现步骤摘要】
一种快速有选择性的降低SiC晶体中微管和位错密度的方法
本专利技术涉及一种快速有选择性的降低SiC晶体中微管和位错密度的方法，属于晶体生长

技术介绍
SiC单晶材料作为第三代半导体材料，其优良的电学性质包括宽禁带、高热导率、高电子饱和迀移速率、高击穿电场，被认为是制造光电子器件、高频大功率器件、电力电子器件理想的半导体材料，在白光照明、光存储、屏幕显示、航天航空、高温辐射环境、石油勘探、自动化、雷达与通信、汽车电子化等方面有广泛应用。目前最为成功并商业化的生长SiC晶体的方法仍然是物理气相传输(PVT)法。随着SiC单晶质量的逐步提高，SiC直径越来越大，缺陷密度越来越少。对于SiC生长者而言，虽然微管的密度得到了有效的控制。然而，SiC材料本身仍旧存在位错密度相对较高的问题，位错的密度一般在103-105cm-2，位错的存在对于器件而言，降低器件的性能，影响了长期的可靠性。越来越多的研究关注缺陷的形成机制，并想方设法降低缺陷密度。DaisukeNakamuraetal.提出重复a面可获得无微管超低位错的SiC单晶。但是这一方法要经过多次生长才能获得。J.Lietal.提出用(01-14)面生长可以获得零微管的晶体，但是获得晶体直径较小，无法与商用2-6inch单晶相比。SakweAloysiusSakweetal.讨论用N、P型不同掺杂对位错密度的影响。虽然通过掺杂方式可以改变位错密度分布，但是无法降低位错密度。可见，现阶段如何改进SiC单晶质量，降低微管和位错密度仍没有有效的方法。因此，提供一种快速有选择性降低SiC晶体中微管和位错密度晶体方法非常必要。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种快速有选择性的降低SiC晶体中微管和位错密度的方法。本专利技术的技术方案如下：一种快速有选择性的降低SiC晶体中微管和位错密度的方法，包括步骤如下：(1)选取微管密度<1cm-2、位错密度小等于于5000cm-2的SiC区域，并切割成为侧面为极性面的对称性晶体；(2)将步骤(1)切割的对称性晶体固定在SiC籽晶的多微管多位错区域；(3)将步骤(2)处理后的SiC籽晶进行两个阶段晶体生长，第一阶段：低温低压促进侧向生长，形成成全片微管密度<5cm-2，位错密度<5000cm-2的完整籽晶，第二阶段：采用近似平衡态生长条件进行生长。根据本专利技术优选的，步骤(1)中晶体的晶型与步骤(2)SiC籽晶的晶型一致。根据本专利技术优选的，步骤(1)中晶体的微管密度<0.1cm-2、位错密度≤103cm-2。根据本专利技术优选的，步骤(1)中切割后的晶体为具有3次、6次对称性晶体，其侧面为极性面，极性面为(1-100)和/或(11-20)面。根据本专利技术优选的，步骤(1)中切割后的晶体通过高温退火或者抛光去除切割的损伤层。根据本专利技术优选的，步骤(2)中，SiC籽晶为大于4英寸的籽晶，晶型为4H、6H、3C或者15R。进一步优选的，SiC籽晶为4英寸籽晶、6英寸籽晶、8英寸籽晶或16英寸籽晶。根据本专利技术优选的，步骤(2)中，所述的固定方式采用石墨胶或金属镀膜的方式进行固定。根据本专利技术优选的，步骤(3)中，低温低压生长为：在低于生长温度200-400℃，压力为0.1-30mbar条件下，生长时间2-20h。进一步优选的，低温低压生长温度为1700-2200℃，压力为0.5-5mbar，生长时间为8-10h。根据本专利技术优选的，步骤(3)中，侧向生长速率大于8um/h，籽晶处理阶段的轴向生长速率小于60um/h。进一步优选的，步骤(3)中，侧向生长速率为10-20um/h，籽晶处理阶段的轴向生长速率为40-50um/h。根据本专利技术优选的，步骤(3)中，近似平衡态生长条件为源料和籽晶温度差小于100℃；压力在5-15mbar。进一步优选的，近似平衡态生长条件为源料和籽晶温度差为60-80℃；压力在8-12mbar。根据本专利技术优选的，步骤(3)的生长方法为PVT，HTCVD或者液相生长方法。本专利技术的原理：位错和微管是SiC单晶中典型的结构缺陷，基于Frank理论认为微管是具有大的Burgers矢量的位错。在SiC生长中，位错和微管是沿[0001]方向延伸的。在沿着(001)面生长中微管和位错会从籽晶延伸至晶体中，从而导致微管和位错的从籽晶遗传至体块晶体，本专利技术利用微管密度<1cm-2、位错密度小等于于5000cm-2的SiC区域覆盖微管和位错密度较高区域，从而阻断位错和微管的延伸，有效的减小了位错和微管的遗传。本专利技术可以有选择的优化单晶质量，仅通过一次生长即可获得低微管和低位错的体块晶体。本专利技术的有益效果：1、本专利技术利用微管密度<1cm-2、位错密度小等于于5000cm-2的SiC区域覆盖微管和位错密度较高区域，从而阻断位错和微管的延伸，有效的减小了位错和微管的遗传，可以获得特定微管和位错密度的SiC体块单晶，具有高度选择性。2、本专利技术的方法仅通过一次生长即可获得低微管和位错的体块单晶，大大缩短优化时间。3、本专利技术的方法特别有助于改善直径100mm以上SiC衬底的局部质量，提高大直径衬底的生长效率。附图说明图1是实验例1中物理气相传输(PVT)法生长SiC晶体的生长室结构示意图；1、石墨纤维保温层，2、上层保温材料与坩埚顶部之间的空隙，3、籽晶，4、坩埚，5、侧面保温材料与坩埚侧壁之间的空隙，6、源材料粉料。图2是被优化前SiC衬底的多微管分布结构示意图；图3为利用微管密度<1cm-2、位错密度小等于于5000cm-2的SiC区域覆盖微管较高区域的结构示意图；图4是被优化后150mmSiC籽晶的微管分布结构示意图。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术进行进一步说明，但本专利技术不仅限于以下实施例。实施例1：一种快速有选择性的降低SiC晶体中微管和位错密度的方法，包括步骤如下：(1)选取微管密度<0.1cm-2、位错密度≤103cm-2晶体的SiC区域，切割成为侧面为极性面的6次对称性晶体，切割后的晶体抛光去除切割的损伤层；(2)将步骤(1)处理后的对称性晶体采用石墨胶固定在SiC籽晶的多微管多位错区域，步骤(1)中晶体的晶型与步骤(2)SiC籽晶的晶型一致；(3)将步骤(2)处理后的SiC籽晶进行两个阶段晶体生长，第一阶段：低温低压促进侧向生长，低温低压生长温度为1700℃，压力为1mbar，生长时间为10h；形成成全片微管密度<5cm-2，位错密度<5000cm-2的完整籽晶，侧向生长速率为15um/h，籽晶处理阶段的轴向生长速率为50um/h；第二阶段：采用近似平衡态生长条件进行生长；近似平衡态生长条件为源料和籽晶温度差为80℃；压力在12mbar。具体实验例：针对目前大尺寸SiC晶体优化改进质量研发周期长，难以降低微管和位错密度的问题，该实验例基于物理气相传输技术生长SiC单晶方法，采用实施例1的方法获得了高质量的SiC晶棒。实验例中物理气相传输(PVT)法生长SiC晶体的生长室结构如图1所示，在生长腔内设置有坩埚，坩埚底部装有源材料粉料，坩埚盖上固定有籽晶，生长腔外部设置有石墨纤维保温层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速有选择性的降低SiC晶体中微管和位错密度的方法，包括步骤如下：(1)选取微管密度

【技术特征摘要】
1.一种快速有选择性的降低SiC晶体中微管和位错密度的方法，包括步骤如下：(1)选取微管密度<1cm-2、位错密度小等于于5000cm-2的SiC区域，并切割成为侧面为极性面的对称性晶体；(2)将步骤(1)切割的对称性晶体固定在SiC籽晶的多微管多位错区域；(3)将步骤(2)处理后的SiC籽晶进行两个阶段晶体生长，第一阶段：低温低压促进侧向生长，形成成全片微管密度<5cm-2，位错密度<5000cm-2的完整籽晶，第二阶段：采用近似平衡态生长条件进行生长。2.根据权利要求1所述的快速有选择性的降低SiC晶体中微管和位错密度的方法，其特征在于，步骤(1)中晶体的晶型与步骤(2)SiC籽晶的晶型一致；体的微管密度<0.1cm-2、位错密度≤103cm-2。3.根据权利要求1所述的快速有选择性的降低SiC晶体中微管和位错密度的方法，其特征在于，步骤(1)中切割后的晶体为具有3次、6次对称性晶体，其侧面为极性面，极性面为(1-100)和/或(11-20)面；切割后的晶体通过高温退火或者抛光去除切割的损伤层。4.根据权利要求1所述的快速有选择性的降低SiC晶体中微管和位错密度的方法，其特征在于，步骤(2)中，SiC籽晶为大于4英寸的籽晶，晶型为4H、6H、3C或者15R；优选的，SiC籽晶为4英寸籽晶、6英寸籽晶、...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭燕，陈秀芳，杨祥龙，徐现刚，胡小波，张用，张磊，
申请(专利权)人：山东大学，国网山东省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37