一种高掺杂均匀性p型SiC的生长方法技术

本发明专利技术涉及一种高掺杂均匀性p型SiC的生长方法，该方法首先制备含掺杂元素的SiC晶粒或SiC多晶块，通过SiC晶粒或多晶块锁住掺杂元素法来实现掺杂元素的均匀持续释放，密封掺杂元素的SiC晶粒或多晶块作为生长源，可极大的提高掺杂元素在晶锭轴向和径向上掺入的均匀性，得到p型SiC，减缓生长过程掺杂元素的掺入不均匀性，提高晶体质量。提高晶体质量。

【技术实现步骤摘要】
一种高掺杂均匀性p型SiC的生长方法


[0001]本专利技术涉及一种高掺杂均匀性p型SiC的生长方法，属于半导体


技术介绍

[0002]碳化硅作为第三代半导体材料，具有禁带宽度大、高饱和电子速率、高临界击穿电场强、高热导率等优异的半导体性能，非常适合制备高温、高频、大功率半导体器件。碳化硅器件在航空、航天探测、电网传输、5G通信、新能源汽车等的领域有着重要的应用。IGBT(Insulated
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Gate
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Bipolar
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Transistor)即绝缘栅双极晶体管是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合式半导体。IGBT兼具MOS和BJT的优点，其导通原理与MOSFET类似，都是通过电压驱动进行导通。但是，IGBT相比于MOSFET，拥有高输入阻抗和低导通压降的特点，在高压环境下传导损耗较小。IGBT的应用领域广泛，小到家电、数码产品，大到航空航天、高铁等领域，新能源汽车、智能电网等新兴应用也会大量使用IGBT。理论模拟表明：n沟道SiC IGBT在性能上远远优于p沟道SiC IGBT，因此n沟道SiC IGBT器件是未来主要的大功率电力电子器件发展的重点。由于，p型SiC对高效率n沟道IGBT的构建起着不可替代的作用，故对高质量p型SiC的研发具有很大意义。
[0003]目前生长p型SiC常用的掺杂方法有双感应加热区掺杂法和小坩埚密封缓释法。主要的p型SiC掺杂元素有Al、B等。由于Al的电离能最低，故Al元素是最佳的p型SiC掺杂元素。含Al的化合物(Al4C3、Al2O3等)熔沸点远低于晶体的生长的粉料区温度，传统掺杂工艺很难达到均匀释放Al源的目的。双感应加热区掺杂法包含有两个加热区，将熔沸点较低的Al化合物放置在较低温度的加热区内高温气化，将需要更高温度升华的SiC粉料放置在温度高的加热区，来达到生长过程均匀Al掺入的目的。但是，双感应加热区由于有两个加热系统，操作起来更复杂，在生长过程中很有可能使生长组分倒流向放有掺杂剂的低温区，对碳化硅晶体生长产生不利影响。小坩埚密封法则在高温状态下对Al源进行物理上的密封，通过Al化合物较大的蒸汽压力往外释放。但是，由于Al源的蒸汽压在高温状态下过大，依靠石墨材质很难将Al的释放速率控制。因此在生长过程中，Al源会过早的释放，Al元素集中掺入到晶体生长前期，导致中后期的Al源不足，致使Al掺杂浓度在晶体轴向上极度不均匀。Al源的过早集中释放会同时引起初期较大的晶格畸变，对后面生长晶体的晶型稳定性和结晶质量产生不良影响。
[0004]中国专利文献CN202010613663.6公开了利用稀土元素掺入高纯C粉和Si粉中进行含有稀土元素SiC粉料的合成。该专利技术的目的是为稳定4H
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SiC晶体的晶型，过量或少量的掺入均会引起晶体质量的下降，得到的不是p型SiC。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，尤其是p型SiC在生长过程中的掺杂不均匀性的难题，本专利技术提供一种高掺杂均匀性p型SiC的生长方法。
[0006]本专利技术首先制备含掺杂元素的SiC晶粒或SiC多晶块，通过SiC晶粒或多晶块锁住
掺杂元素法来实现掺杂元素的均匀持续释放，密封掺杂元素的SiC晶粒或多晶块作为生长源，可极大的提高掺杂元素在晶锭轴向和径向上掺入的均匀性，得到p型SiC，减缓生长过程掺杂元素的掺入不均匀性，提高晶体质量。
[0007]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0008]一种高掺杂均匀性p型SiC的生长方法，包括步骤如下：
[0009]1)将C粉和Si粉按摩尔比1～1.4:1的比例混合，掺入掺杂源，混合均匀，得到混合物；
[0010]2)将混合物置于碳石墨坩埚中，升温至1600
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2400℃，在1
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900mbar下保温3
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100h，得到含掺杂元素的SiC晶粒或SiC多晶块；
[0011]3)将含掺杂元素的SiC晶粒或SiC多晶块置于生长坩埚中，充当生长源，将生长坩埚放入PVT单晶炉生长腔中，进行p型晶体生长。
[0012]根据本专利技术优选的，步骤1)中，掺杂源为Al源、B源或Ga源。
[0013]根据本专利技术优选的，步骤1)中，掺杂源为Al源，Al源为Al4C3或Al2O3。
[0014]根据本专利技术优选的，步骤1)中，掺杂源的质量为X，C粉和Si粉的总质量为Y，0＜X:Y＜0.5。
[0015]根据本专利技术优选的，步骤2)中，升温至1600
‑
2100℃，在600～900mbar下保温4
‑
8h，得到含掺杂元素的SiC晶粒。
[0016]根据本专利技术优选的，步骤2)中，升温至2000
‑
2400℃，在1
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20mbar下保温60
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100h，得到含掺杂元素的SiC多晶块。
[0017]本专利技术的合成温度，确保了掺杂元素能够融合到SiC多晶块或SiC晶粒中。
[0018]根据本专利技术优选的，步骤3)中，p型晶体生长温度为2000
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2300℃，生长压力为1
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40mbar，晶体生长时间为50
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120h。
[0019]本专利技术通过含掺杂元素的SiC晶粒或SiC多晶块进行p型晶体生长，由于掺杂元素的均匀释放，可以均匀的掺入到SiC单晶中，不会引起SiC单晶晶格的局部剧烈变化，可以保持晶型稳定，获得晶型单一且电阻率均匀的P型SiC单晶衬底。
[0020]本专利技术的技术特点及优点：
[0021]1、本专利技术通过含掺杂元素的SiC晶粒或SiC多晶块进行p型晶体生长，由于掺杂元素的均匀释放，可以均匀的掺入到SiC单晶中，不会引起SiC单晶晶格的局部剧烈变化，可以保持晶型稳定，获得晶型单一且电阻率均匀的p型SiC单晶衬底。
[0022]2、本专利技术相对双感应加热区掺杂法和小坩埚密封缓释法简便易行、Al源利用率高，所得p型SiC的质量和电阻率均匀性较高。
[0023]3、本专利技术的方法适用范围广，不仅能适用于Al源掺杂，还适用于其它p型掺杂元素(B、Ga等)对SiC晶体的均匀掺杂，本专利技术优选的是Al源掺杂。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1得到的含Al生长源的SiC晶粒的SEM图；
[0025]图2为本专利技术实施例1得到含Al生长源的SiC晶粒的EDS图；
[0026]图3为本专利技术实施例1得到的含Al生长源的SiC晶粒的Al元素XPS测试图；
[0027]图4为本专利技术实施例1制得的高掺杂均匀性p型碳化硅晶锭实物图；
[0028]图5为本专利技术实施例1的p型SiC单晶衬底的电阻率分布图，具有低电阻率偏差；
[0029]图6为本专利技术实施例3合成的含Al生长源的SiC多晶块实物图；
[0030]图7为本专利技术实施例1制得的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高掺杂均匀性p型SiC的生长方法，包括步骤如下：1)将C粉和Si粉按摩尔比1～1.4:1的比例混合，掺入掺杂源，混合均匀，得到混合物；2)将混合物置于碳石墨坩埚中，升温至1600
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2400℃，在1
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900mbar下保温3
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100h，得到含掺杂元素的SiC晶粒或SiC多晶块；3)将含掺杂元素的SiC晶粒或SiC多晶块置于生长坩埚中，充当生长源，将生长坩埚放入PVT单晶炉生长腔中，进行p型晶体生长。2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，步骤1)中，掺杂源为Al源、B源或Ga源。3.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，步骤1)中，掺杂源为Al源，Al源为Al4C3或Al2O3。4.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，步骤1)中，掺杂源的质量...

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