[发明专利]一种高纯碳化硅单晶衬底

说明书

本申请公开了一种高纯碳化硅单晶衬底，属于半导体材料领域。该高纯碳化硅单晶衬底至少包括碳化硅单晶衬底表层和碳化硅单晶衬底主体层，该碳化硅单晶衬底表层的本征点缺陷浓度小于该碳化硅单晶衬底本体层的本征点缺陷浓度，所述碳化硅单晶衬底具有半绝缘性。该高纯碳化硅单晶衬底表层的本征点缺陷的低浓度，使得高纯碳化硅单晶作为GaN外延的基底时，GaN和碳化硅单晶的晶格适配度更高，使得制备的GaN外延层的质量更佳；且高纯碳化硅单晶的主体层具有一定浓度的内部点缺陷，可以保持高纯碳化硅单晶衬底的半绝缘特性。

技术领域

本申请涉及一种高纯碳化硅单晶衬底，属于半导体材料领域。

背景技术

半绝缘碳化硅(碳化硅)单晶衬底是制备GaN高频微波器件的优选半导体基底材料，这一方面取决于半绝缘碳化硅单晶衬底的高电阻率等优异性能，能够制备性能优异的电子器件；另一方面取决于碳化硅和GaN晶格常数的较高的匹配度，能够使异质外延层获得良好的结晶质量。

从实现方法上来讲，半绝缘碳化硅单晶衬底的制备有掺杂和高纯两种实现方式。通过掺杂高浓度的钒元素引入大量深能级中心，将费米能级钉扎在禁带中心从而实现半绝缘特性。目前已有研究表明，高浓度的钒掺杂会在制备的器件中俘获电子从而引起背栅效应，造成器件性能降低甚至失效。随着技术的发展，通过降低晶体中的浅能级杂质浓度减少晶体中的有效载流子浓度，同时引入一定数量的本征点缺陷作为深能级中心进行补偿从而实现半绝缘特性的高纯半绝缘碳化硅单晶衬底成为主流。

高纯半绝缘碳化硅单晶衬底的高阻特性的实现建立在晶体内部低浓度的电活性杂质和一定浓度的本征点缺陷如碳空位及其复合体的基础上。本征点缺陷是实现高纯半绝缘晶体的电学特性的不可或缺的特征，然而，这些点缺陷本身会引入较大的晶格应力，造成晶格畸变，从而破坏了碳化硅单晶晶格的完整性，在一定程度上影响碳化硅单晶的晶格参数。考虑到GaN采用碳化硅单晶衬底作为外延的主要原因之一即是两者晶格参数较小的失配度，点缺陷的引入将会导致GaN和碳化硅的晶格适配度增加，进而降低GaN外延层的质量。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种高纯碳化硅单晶衬底。本申请的高纯碳化硅单晶衬底平衡了GaN外延层的晶体质量与高纯碳化硅晶体的电学特性之间的关系，提高了高纯碳化硅单晶衬底的质量及其与GaN外延层的晶格匹配度，同时不影响高纯半绝缘碳化硅单晶衬底的物理性能实现。

该高纯碳化硅单晶衬底，其特征在于，所述的高纯碳化硅单晶衬底至少包括碳化硅单晶衬底表层和碳化硅单晶衬底主体层，所述碳化硅单晶衬底表层的本征点缺陷浓度小于所述碳化硅单晶衬底本体层的本征点缺陷浓度，所述碳化硅单晶衬底具有半绝缘性。

可选地，所述碳化硅单晶衬底表层厚度和碳化硅单晶衬底主体层的厚度比例为1：4-25。

可选地，所述的高纯碳化硅单晶衬底由碳化硅单晶衬底表层和碳化硅单晶衬底主体层构成。进一步地，所述的高纯碳化硅单晶衬底由碳化硅单晶衬底表面和碳化硅单晶衬底主体层构成。

可选地，所述碳化硅单晶衬底表层厚度与所述碳化硅单晶衬底厚度的比值不大于31％。进一步地，所述碳化硅单晶衬底表层厚度与所述碳化硅单晶衬底厚度的比值为9％-31％。更进一步地，所述碳化硅单晶衬底表层厚度与所述碳化硅单晶衬底厚度的比值下限选自10％、15％、20％、25％或30％，上限选自10％、15％、20％、25％或30％。

可选地，所述半绝缘碳化硅单晶衬底的厚度为490-510μm。

可选地，所述碳化硅单晶衬底表层室温下的本征点缺陷浓度不高于1×10¹³cm^-3。优选地，所述碳化硅单晶衬底表层室温下的本征点缺陷的浓度不高于1×10¹²cm^-3。