一种掺杂碳化硅单晶及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种掺杂碳化硅单晶及其制备方法，属于晶体生长技术领域，本发明专利技术提供的制备方法，将碳化硅结晶物料在籽晶、混合气氛下进行结晶生长；所述混合气氛包括载气和掺杂气体；所述混合气氛的流量为10～500sccm；所述载气和掺杂气体的体积比为(1～50)：1。在本发明专利技术中，碳化硅结晶物料在结晶生长的过程中会分解为气相组分，这些气相组分在温度梯度及浓度梯度的驱动下传输至籽晶表面，在籽晶表面冷却沉积；在此过程中，载气和掺杂气体的通入，能够使掺杂气体同生长组分一起生长，进而使掺杂元素进入晶体的晶格中，实现均匀可控掺杂。

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂碳化硅单晶及其制备方法
本专利技术涉及单晶生长
，尤其涉及一种掺杂碳化硅单晶及其制备方法。
技术介绍
SiC材料以其特有的大禁带宽度、高临界击穿场强、高电子迁移率、高热导率等特性，成为制作高温、高频、大功率、抗辐照、短波发光及光电集成器件的理想材料。SiC材料独特的物理性能决定了其在人造卫星、火箭、雷达、通讯、战斗机、无干扰电子点火装置、喷气发动机传感器等重要领域的应用。因此，世界各个国家都投入了大量的人力物力进行相关技术研究。以SiC为主的宽带隙半导体技术研究的进展速度超过了先前的预测，开发成果今人注目。单晶材料和外延生长技术的进步使器件性能得到不断提高。某些高性能器件与电路已开始在军事装备中试用，并获得满意的试验数据。另外，很多器件已经在白光照明、电动汽车、风力发电、太阳能发电等民用系统开始应用。随着宽带隙半导体器件制造技术的不断改进与优化，有望在今后5～10年内广泛应用于各种军事武器装备系统和民用领域。大直径SiC晶体制备常用方法是物理气相传输法(PhysicalVaporTransport，PVT)。将SiC粉料放在密闭的石墨坩埚底部，坩埚顶部固定一个籽晶，坩埚外部放置石墨保温材料。采用中频感应将坩埚加热，粉料达到升华点，产生Si、C、SiC2、Si2C分子，其在轴向温度梯度的驱动下从源料表面传输到籽晶表面，在籽晶表面凝结，缓慢结晶，达到生长晶体的目的。PVT生长方法常用的掺杂方式包括粉料掺杂和气体掺杂，其中气体掺杂是将掺杂气体通到炉子里面，在坩埚的外部，掺杂气体通过坩埚壁上的微孔渗入进去。不论是粉料掺杂还是气体掺杂，都存在可控性及均匀性差的问题，影响SiC衬底的杂质浓度分布，增加电阻率不均匀性，进而影响后续使用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种掺杂碳化硅单晶及其制备方法，本专利技术提供的制备方法能够将掺杂元素均匀地掺杂进碳化硅单晶中。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种掺杂碳化硅单晶的制备方法，包括以下步骤：将碳化硅结晶物料在籽晶、混合气氛下进行结晶生长；所述混合气氛包括载气和掺杂气体；所述混合气氛的流量为10～500sccm；所述载气和掺杂气体的体积比为(1～50)：1。优选地，所述结晶生长在坩埚中进行；所述坩埚包括坩埚本体、包裹在所述坩埚本体外部的保温结构和导流管；所述保温结构的顶部设置有测温孔；所述坩埚本体包括坩埚腔室和与所述坩埚腔室相匹配的坩埚本体盖；所述坩埚本体盖的内部中央位置设置有籽晶区；所述坩埚本体盖上还设置有排气孔；所述导流管穿过所述保温结构底部和坩埚本体的底部伸入坩埚的腔室内，所述导流管与所述坩埚本体上的籽晶区相对。优选地，所述籽晶位于所述坩埚的籽晶区；所述混合气氛通过导流管进入坩埚腔室内；所述导流管的高度高于所述碳化硅结晶物料的高度。优选地，所述掺杂气体为氮气、氯化氢和三甲基铝中的一种或几种。优选地，所述混合气氛的出口与籽晶之间的距离为50～150mm。优选地，所述结晶生长的压力为5～50mbar，温度为2000～2200℃，时间为2～100h。优选地，所述碳化硅结晶物料在进行结晶生长之前，还包括依次进行的抽真空、升温至加热温度和充保护气氛。优选地，所述加热温度为1200～1400℃。本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的掺杂碳化硅单晶，掺杂元素在碳化硅单晶内均匀分散。本专利技术提供了一种掺杂碳化硅单晶的制备方法，包括以下步骤：将碳化硅结晶物料在籽晶、混合气氛下进行结晶生长；所述混合气氛包括载气和掺杂气体；所述混合气氛的流量为10～500sccm；所述载气和掺杂气体的体积比为(1～50)：1。在本专利技术中，碳化硅结晶物料在结晶生长的过程中会分解为气相组分，这些气相组分在温度梯度及浓度梯度的驱动下传输至籽晶表面，在籽晶表面冷却沉积；在此过程中，载气和掺杂气体的通入，能够使掺杂气体同生长组分一起生长，共同进入到晶体的晶格中，实现对单晶的均匀可控掺杂。附图说明图1为本专利技术掺杂碳化硅单晶制备过程中所用坩埚结构示意图，其中，1为坩埚本体，2为籽晶区，3为碳化硅结晶物料，4为坩埚腔室，5为保温结构，6为排气孔，7为导流管，8为测温孔；图2为坩埚本体盖上8个排气孔的排布图。具体实施方式本专利技术提供了一种掺杂碳化硅单晶的制备方法，包括以下步骤：将碳化硅结晶物料在籽晶、混合气氛下进行结晶生长。在本专利技术中，所述碳化硅结晶物料在进行结晶生长之前，优选还包括依次进行的抽真空、升温至加热温度、充保护气氛。本专利技术对所述抽真空的真空度不做具体限定，只要能够将结晶生长所用设备中的空气抽净即可；在本专利技术中，所述加热温度优选为1200～1500℃。在本专利技术中，所述混合气氛包括载气和掺杂气体；所述混合气氛的流量为10～500sccm，优选为50sccm；所述载气和掺杂气体的体积比为1～50：1，优选为10：1；所述载气优选但不仅限于Ar、He、H2、SiH4、SiH3Cl、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H6或C3H8；本专利技术对所述掺杂气体的种类不做具体限定，根据实际要掺杂的元素进行选择即可，具体优选但不限于氮气、氯化氢和三甲基铝中的一种或几种。在本专利技术中，所述结晶生长优选在坩埚中进行，在本专利技术中，所述坩埚的结构示意图如图1所示。下面结合图1对坩埚的结构进行详细的说明。在本专利技术中，所述坩埚优选包括坩埚本体1，包裹所述坩埚本外部的保温结构5和导流管7；所述保温结构5的顶部设置有排气孔8；所述排气孔8的直径优选为10～15mm；所述坩埚本体1包括坩埚腔室和与所述坩埚腔室相匹配的坩埚本体盖；所述坩埚本体盖的内部中央位置设置有籽晶区2；所述坩埚本体盖上还设置有排气孔6；所述排气孔6的个数优选为8个；所述排气孔6的直径优选为1～2mm；所述8个排气孔呈圆圈型，图2为8个排气孔的排布图；所述导流管7穿过所述保温结构5的底部和坩埚本体1的底部伸入坩埚的腔室4内。在本专利技术中，所述坩埚本体相对所述保温结构为可拆卸结构。在本专利技术中，所述籽晶优选位于所述坩埚的籽晶区；所述混合气氛优选通过导流管进入坩埚的腔室内；所述导流管的高度优选高于所述碳化硅结晶物料的高度。在本专利技术的具体实施例中，所述混合气氛的出口与籽晶之间的距离优选为50～150mm；所述混合气氛的出口优选与籽晶相对。在本专利技术中，所述结晶生长的压力优选为5～50mbar，温度优选为2000～2200℃，时间优选为2～100h。结晶生长结束，本专利技术优选还包括关闭掺杂气体，只通入载气，充压至800mbar，缓慢降温至室温，取出坩埚，得到晶体；所述晶体经过滚圆、切割、研磨、倒角、抛光、化学机械抛光和清洗封装工序，最终获得晶体。本专利技术对上述处理过程的参数不做具体限定，本领域技术人员根据实际情况进行选择即可。本专利技术在利用上述坩埚进行结晶生长的具体过程优选包括：在坩埚本体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺杂碳化硅单晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将碳化硅结晶物料在籽晶、混合气氛下进行结晶生长；/n所述混合气氛包括载气和掺杂气体；所述混合气氛的流量为10～500sccm；所述载气和掺杂气体的体积比为(1～50)：1。/n

【技术特征摘要】
1.一种掺杂碳化硅单晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将碳化硅结晶物料在籽晶、混合气氛下进行结晶生长；
所述混合气氛包括载气和掺杂气体；所述混合气氛的流量为10～500sccm；所述载气和掺杂气体的体积比为(1～50)：1。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述结晶生长在坩埚中进行；所述坩埚包括坩埚本体、包裹在所述坩埚本体外部的保温结构和导流管；所述保温结构的顶部设置有测温孔；所述坩埚本体包括坩埚腔室和与所述坩埚腔室相匹配的坩埚本体盖；所述坩埚本体盖的内部中央位置设置有籽晶区；所述坩埚本体盖上还设置有排气孔；所述导流管穿过所述保温结构底部和坩埚本体的底部伸入坩埚的腔室内，所述导流管与所述坩埚本体上的籽晶区相对。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述籽晶位于所述坩埚的籽晶区；所述混合气氛通过导流管进入坩埚腔室内；所述导流管的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏汝省，李斌，毛开礼，马康夫，靳霄曦，樊晓，
申请(专利权)人：山西烁科晶体有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14