[发明专利]一种有效降低碳化硅单晶缺陷的生长方法和高质量碳化硅单晶

说明书

本发明提供了一种有效降低碳化硅单晶缺陷的生长方法和高质量碳化硅单晶，方法包括：在碳化硅粉料和籽晶之间设置碳化硅晶体块，加热，碳化硅粉料升华后在所述碳化硅晶体块处结晶，生成碳化硅过渡层，碳化硅过渡层升华后在籽晶处结晶，生长得到碳化硅单晶。该方法通过设置碳化硅晶体块，使得碳化硅单晶的生长不直接来源于碳化硅粉料的升华，而来源碳化硅过渡层的气相升华，能够有效消除碳化硅粉料碳化后形成的细小石墨颗粒，随着气流带到晶体中，另外也能够有效地阻止碳化硅粉料中的杂质进入碳化硅单晶内部；还保证了生长腔室内具有更合适的Si/C比例，减少了碳化硅单晶生长过程中产生的包裹物、微管、位错等缺陷，从而获得高质量的碳化硅单晶。

技术领域

本发明属于碳化硅单晶材料技术领域，尤其涉及一种有效降低碳化硅单晶缺陷的生长方法和高质量碳化硅单晶。

背景技术

碳化硅单晶材料属于第三代宽带隙半导体材料的代表，因其具有宽禁带、高热导率、高击穿电场、高抗辐射能力等特点，在高温、高频、大功率、光电子及抗辐射等方面具有巨大的应用前景。

在碳化硅单晶的生长方法中最有效的方法为改良型的Lely法，也叫做物理气相传输法。该方法通过将碳化硅粉料进行加热升华成气相，在生长室内的轴向温度梯度和惰性气氛的保护下，升华的气相传输到冷端的籽晶上并结晶成为块状晶体。现在，从利用改良型的Lely法制备得到的碳化硅单晶体，能够切取获得51-200mm的碳化硅单晶晶片，被提供给电力电子领域等的电子器件制作。

碳化硅单晶主要的缺陷包括微管、包裹物和位错等，晶体中微管、包裹物以及位错等的存在会对器件的性能、量产时的成品率有很大的影响，因此提高晶体的品质、降低晶体缺陷是碳化硅器件应用最重要的课题之一。在物理气相传输法生长碳化硅单晶的过程中，一方面由于碳化硅原料中不可避免地存在各种各样的杂质，这些杂质在高温下也会随着原料升华成气相，在籽晶生长面及晶体中聚集形成杂质颗粒，进一步地引发微管、包裹物和位错等缺陷；另一方面由于硅组分的低熔点特性，其会优先蒸发及升华，并通过石墨坩埚壁向外渗透，随着反应的进行，Si/C比例逐渐降低，导致生长腔室内的气相组分逐渐失衡成为富碳状态。在富碳的生长环境下，晶体生长前沿界面会有碳的富集并形成碳包裹体缺陷。包裹体进而会诱生微管、位错、层错等缺陷。

基于物理气相传输法生长的上述特点，为了减少物理气相传输法生长碳化硅中的微管、包裹物和位错等缺陷，提出了许多的方法。概括起来这些方法主要包括两类，一类是通过在碳化硅原料上方添加过滤层或阻挡装置，包括多孔石墨片，耐高温化学性能稳定的碳化物层等；另一类是通过在碳化硅生长室内添加硅源，以期在晶体生长过程中作为硅组分的补充源，从而减少富碳组分的生成，设置的硅源主要包括固态硅氧化物(如二氧化硅)，硅粉，硅粉与碳化硅粉末的混合物等。这些方法在一定程度上过滤掉了原料中的杂质，调节了碳化硅晶体生长过程中的Si/C比例，减轻了碳化硅晶体中的缺陷，但是它们都还存在着一些问题，不能从根本上解决碳化硅原料中的杂质以及生长腔室内的Si/C比例失衡等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种有效降低碳化硅单晶缺陷的生长方法和高质量碳化硅单晶，该方法简单，且有效降低了碳化硅单晶中的缺陷。

本发明提供了一种有效降低碳化硅单晶缺陷的生长方法，包括以下步骤：

在碳化硅粉料和籽晶之间设置碳化硅晶体块，加热，所述碳化硅粉料升华后在所述碳化硅晶体块处结晶，生成碳化硅过渡层，所述碳化硅过渡层升华后在籽晶处结晶，生长得到碳化硅单晶。

优选地，所述碳化硅晶体块的厚度为0.3～3mm，与碳化硅粉末上表面的垂直距离为5～25mm，与籽晶下表面的垂直距离为10～30mm。

优选地，所述碳化硅晶体块的厚度为0.5～2mm，与所述碳化硅粉料的上表面的垂直距离为10～20mm，与籽晶下表面的垂直距离为15～25mm。

优选地，所述碳化硅晶体块为碳化硅单晶或碳化硅多晶。